금속-유기 골격체(metal-organic frameworks, MOFs)는 가스 감지에 유망한 재료이지만, 종종 1회용 검출에 한정되는 경우가 많다. 본 연구에서는 전도성 MOF(cMOF)와 전도성 폴리머(cP)를 두 가지 상보적 혼합 이온-전자 도전성 물질로서 상호 시너지적으로 배치하는 하이브리드화 전략을 제시하며, 고성능 독립형 케미레지스터(chemiresistor)에서 이를 구현한다. 우리는 실온에서 i) 센서 회복(복구) 속도, ii) 사이클 안정성(cycling stability), iii) 동적 범위(dynamic range)가 유의미하게 향상됨을 보여준다. 우리는 금속 결절(metal nodes)이 서로 다른 Co, Cu, Ni를 사용한 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene(HHTP) 및 2,3,6,7,10,11-hexaiminotripphenylene(HITP) 리간드를 기반으로 한, 이미 잘 연구된 cMOF들에 걸쳐 하이브리드화의 효과를 규명한다. 또한 우리는 MOF와 폴리머 사이 이종접합(heterojunction)에서의 에너지 밴드 정렬(energy band alignment)을 감지 열역학(sensing thermodynamics) 및 결합 동역학(binding kinetics)과 연계하기 위한 포괄적인 기전 연구를 수행한다. 본 연구 결과, 하이브리드화에 의해 cMOF 구성요소에서 홀 농축(hole enrichment)이 발생하면 탈착(desorption) 동역학이 선택적으로 향상되어 실온에서 센서 회복이 현저히 개선되고, 그 결과 장기적인 응답 유지가 가능해짐을 확인하였다. 이러한 기전은 흡착물-분석물(sorbate-analyte) 상호작용에 대한 밀도범함수이론(density functional theory) 계산으로도 추가 지지되었다. 또한 cP와 cMOF의 합금화(alloying)를 통해 박막 동시 공정(thin film co-processing)과 소자 통합(device integration)이 용이해지며, 이는 이러한 하이브리드 도전성 물질을 다양한 전자 응용 분야로 확장할 수 있는 잠재력을 제공함을 발견하였다.

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