MXenes是一大類新興的二維材料，包括二維過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物。MXenes在氣體/濕度傳感、儲能系統(tǒng)、水凈化和電磁干擾屏蔽等領(lǐng)域顯示出了潛在的應用價值。根據(jù)所報道的氣體傳感工作，基于純二維MXene納米片的氣體傳感器的信噪比高于其他二維氣體傳感材料，如石墨烯、過渡金屬二鹵化合物和黑磷。然而，MXene在干燥后會引起嚴重的聚集，失去較大的比表面積。因此，基于純2D MXene納米片的氣體傳感器的響應和選擇性非常差，需要進一步改進以提高其實用性。

近期，吉林大學的盧革宇教授在國際知名學術(shù)期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上發(fā)表一篇題目為：Flexible resistive NO2?gas sensor of three-dimensional crumpled MXene Ti3C2Tx/ZnO spheres for room temperature application的研究論文，利用超聲噴霧熱解的方法演示了抗聚集三維皺褶MXene Ti3C2Tx球，提供了高比表面積的MXene，使目標氣體具有大的吸附表面。此外，本文將ZnO納米粒子與三維褶皺MXene Ti3C2Tx球復合，以創(chuàng)造更多的活化吸附位點。上述改進極大地提高了MXene傳感器的NO2敏感性、選擇性、響應性和回收率。此外，利用聚酰亞胺(PI)襯底實現(xiàn)了柔性器件的NO2室溫傳感，并深入探討了MXene與NO2之間的傳感過程。基于上述傳感性能，提出了新的傳感策略和柔性氣體傳感裝置。

圖1.?三維MXene褶皺球和三維MXene褶皺球/ZnO的制備及柔性氣體傳感裝置原理圖。

圖2.?MXene三維褶皺球的形態(tài)和元素分布。

圖3.三維MXene球/ZnO的形態(tài)和元素分布。

圖4.研究了MXene片層、三維褶皺MXene球和三維褶皺MXene球/ZnO的結(jié)構(gòu)、相表征和表面分析。

圖5.研究了基于MXene薄片、三維MXene球和三維MXene球/ZnO的柔性氣體傳感器的選擇性、濃度敏感性和回收特性。

圖6.基于褶皺MXene/ZnO的柔性氣體傳感器的柔性NO2傳感性能、濕度對NO2傳感的影響以及氨傳感與NO2傳感的差異。

圖7.?氣體吸附原理圖。

圖8.密度泛函理論(DFT)模擬了NO2分子吸附在不同材料上。

? ?? 綜上所述，本文介紹了采用可靠有效的超聲噴霧熱解法制備MXene Ti3C2Tx三維褶皺球并進行改性，其他二維材料也可以采用類似的方法進行改性。三維皺褶后的MXene不僅保持了MXene片材的高比表面積，而且為與其他材料復合提供了穩(wěn)定、均勻的途徑。高比表面積、增加響應位點的可能性和高氣敏材料使本文能夠?qū)⑷S褶皺MXene球應用于氣體傳感器。與MXene薄片和三維褶皺MXene球相比，三維褶皺MXene球/ZnO實現(xiàn)了NO2的可逆感知，同時顯著提高了對NO2的選擇性和響應。對100ppm NO2的響應從27.27%提高到41.93%，回收率從30%大幅度提高到~100%。MXene球/ZnO具有高的NO2傳感性能，這是由于其表面的折疊和pn異質(zhì)結(jié)的出現(xiàn)所導致的缺陷MXene球和ZnO納米顆粒。三維褶皺MXene球體結(jié)構(gòu)為MXenes的化學傳感提供了新的思路，進一步促進了MXenes在氣體傳感器中的應用，從而為探索MXene氣體傳感機理提供了參考。

?

文獻鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128828.

?本信息源自互聯(lián)網(wǎng)僅供學術(shù)交流 ，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們立即刪除。