Sensing Molecules with Metal–Organic Framework Functionalized Graphene Transistors
Sensing Molecules with Metal–Organic Framework Functionalized Graphene Transistors
复制标题
使用金属有机框架功能化石墨烯晶体管传感分子
DOI：
10.1002/adma.202103316
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发表时间：
2021
影响因子：
29.4
通讯作者：
Krupke
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pramudya;Müller;Chandresh;Heidrich;Fediai;Parmar;Perera;Rommel;Heinke;Wenzel;Krupke
石墨烯固有地对邻近电荷和局部电荷分布敏感，这一特性可以通过石墨烯场效应晶体管中狄拉克点的位置来探测。利用这一点作为有用的传感原理需要选择性;然而，石墨烯本身没有表现出分子特异性相互作用。互补地，金属-有机框架可以被定制为选择性吸附特定的分子种类。在这里，通过直接在石墨烯场效应晶体管（GFET）上生长表面安装的金属有机框架（SURMOF）来展示选择性乙醇传感器。当SURMOF/GFET暴露于乙醇时，观察到狄拉克点的前所未有的位移，高达15 V，而对于异丙醇，甲醇和空气中的其他成分，包括水，观察到一个非常小的响应。的混合材料传感器的功能特性的合成和调节进行了描述，并提出了一个模型来解释狄拉克点电压偏移的起源，幅度和方向。定制多个SURMOF来吸附此类设备阵列上的特定气体，从而为传感应用生成一个通用的、选择性的和高灵敏度的平台。
Graphene is inherently sensitive to vicinal dielectrics and local charge distributions, a property that can be probed by the position of the Dirac point in graphene field‐effect transistors. Exploiting this as a useful sensing principle requires selectivity; however, graphene itself exhibits no molecule‐specific interaction. Complementarily, metal–organic frameworks can be tailored to selective adsorption of specific molecular species. Here, a selective ethanol sensor is demonstrated by growing a surface‐mounted metal–organic framework (SURMOF) directly onto graphene field‐effect transistors (GFETs). Unprecedented shifts of the Dirac point, as large as 15 V, are observed when the SURMOF/GFET is exposed to ethanol, while a vanishingly small response is observed for isopropanol, methanol, and other constituents of the air, including water. The synthesis and conditioning of the hybrid materials sensor with its functional characteristics are described and a model is proposed to explain the origin, magnitude, and direction of the Dirac point voltage shift. Tailoring multiple SURMOFs to adsorb specific gases on an array of such devices thus generates a versatile, selective, and highly sensitive platform for sensing applications.
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Weijia Wang;Dmitry I. Sharapa;A. Chandresh;A. Nefedov;S. Heissler;L. Heinke;F. Studt;Yuemin Wang;C. Wöll
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