Forscher vom Dartmouth College, der Universität Oregon und dem Ulsan National Institute of Science and Technology haben einen bahnbrechenden Sensor vorgestellt, der in der Lage ist, Stickstoffmonoxid (NO) mit außergewöhnlicher Sensibilität und Selektivität zu detektieren. Veröffentlicht in der Zeitschrift Angewandte Chemie am 12. Dezember 2024, handelt es sich bei diesem innovativen Material um ein kupferhaltiges, elektrisch leitendes zweidimensionales metall-organisches Gerüst (2D-cMOF).
Stickstoffmonoxid spielt eine entscheidende Rolle sowohl im Umweltschutz als auch in der Medizin. Seine Anwesenheit in der Atmosphäre, hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, trägt zur Luftverschmutzung bei, während es in der Medizin als wichtiger Biomarker für Erkrankungen wie Asthma dient.
Der neue 2D-cMOF-Sensor funktioniert effektiv bei Raumtemperatur und niedriger Spannung (0,1 V) und erreicht eine Nachweisgrenze von etwa 1,8 Teilen pro Milliarde (ppb). Bemerkenswert ist, dass er mindestens sieben Zyklen ohne Regeneration wiederverwendet werden kann, was ihn zu einer praktischen Option für verschiedene Anwendungen macht.
Traditionelle chemiresistive Sensoren hatten mit Herausforderungen wie Kreuzreaktivität und begrenzter Wiederverwendbarkeit zu kämpfen. Der innovative Ansatz des Forschungsteams bestand darin, durch eine einzigartige Synthesestrategie eine kristallinere Struktur zu schaffen, wodurch die Leistung des Materials verbessert wurde. Der Sensor zeigt eine ausgeprägte Reaktion auf NO, selbst in Anwesenheit von Feuchtigkeit, und unterscheidet sich effektiv von anderen Gasen wie Stickstoffdioxid und Ammoniak.
Dr. Katherine Mirica, außerordentliche Professorin am Dartmouth College und leitende Forscherin dieses Projekts, bemerkte, dass die Kupferionen im Gerüst entscheidend für die Bindung von NO sind, was zur hohen Sensibilität des Materials beiträgt. Die Fähigkeit, NO reversibel zu detektieren, eröffnet neue Möglichkeiten für die Umweltüberwachung und medizinische Diagnosen und könnte zu einer besseren Luftqualitätsverwaltung und verbesserten Behandlungsprotokollen für Asthma führen.