Conductive metal-organic frameworks (cMOFs) have emerged as a new class of chemiresistor materials with high porosity, high surface area, and high electrical conductivity at room temperature. Nevertheless, their insufficient surface reactivity is an unmet challenge to achieve highly sensitive chemiresistors. In this thesis, we enhanced the activity of cMOF using encapsulation of bimetallic NP in well-defined pores of cMOF. Two metal precursors (K2PtCl4 and RuCl3) are guided into pores of MOFs via dipolar interaction and undergo the site-specific nucleation, resulting in well-dispersed and ultra-small (c.a. 1.54 nm) bimetallic PtRu NPs. The bimetallic-NPs encapsulated MOF shows great enhancement in chemiresistive response toward NO2, which is attributed to the synergistic effect between Pt and Ru in encapsulated NPs. This approach suggests the facile synthetic method to combine conductive porous materials and highly active multi-metallic NPs.
전도성 금속-유기 구조체는 높은 기공도와, 넓은 비표면적, 그리고 우수한 전기전도도를 동시에 가지고 있는 물질로, 최근 유망한 저항변화식 가스 센서 물질로 주목받고 있다. 하지만, 극소량의 가스를 검출하기 위한 고감도 가스 센서로 사용하기에는 표면 반응성이 부족하다는 한계를 가지고 있다. 본 학위 논문에서는 전도성 금속 유기 구조체의 기공 내에 이종금속 나노입자 촉매를 결착하는 방법을 통해 전도성 금속-유기 구조체의 반응을 크게 향상시켰다. 서로 다른 두 종류의 금속 이온들은 정렬된 금속-유기 구조체의 기공에 쌍극자간 상호작용을 통해 결합하며, 환원처리 이후 기공 내부에 2 nm 이하의 초소형 나노 입자가 위치 특이적으로 생성된다. 이러한 이종금속 나노입자를 결착시킨 후, 전도성 금속-유기 구조체는 NO2 가스 센서로 높은 성능 향상을 보였으며, 이는 전도성-금속 유기구조체 기공에 결착된 나노 입자가 두 금속의 시너지 효과에 의해 우수한 촉매 활성을 가지기 때문이다. 이러한 접근 방식은 특성이 우수한 다종금속 나노 입자를 전도성 다공성 물질에 결합하여 표면 반응성을 높이는 효과적인 방법을 제시한다.
