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二維材料由于其獨特的特性，如高的表面體積比，易于制作芯片，室溫操作，以及從大塊到原子薄層的傳感性能增強等，在氣體傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。此外，它們還具有特殊的活性位點，如空位、缺陷和邊緣結(jié)構(gòu)，其官能團可以被修飾以實現(xiàn)不同的傳感行為。

二維材料的氣敏機理主要是表面電荷轉(zhuǎn)移和肖特基勢壘(SB)調(diào)制，當(dāng)氣體分子吸附在材料表面時，引起材料電阻的位移。在表面電荷轉(zhuǎn)移過程中，氣體分子與二維材料之間的相互作用會導(dǎo)致各種電阻行為的增加或減少，這取決于半導(dǎo)體的主要載流子和氣體分子的供電子/吸電子性質(zhì)。通過創(chuàng)建在金屬和半導(dǎo)體界面上形成的SBs，可以進(jìn)一步增強這種電阻變化。例如，強氧化氣體可以使SB向上移動，在很大程度上抑制電子傳輸，當(dāng)主要遷移率載流子是電子時，產(chǎn)生高的氣體感應(yīng)響應(yīng)。

? ? ?近期，Korea Advanced Institute of Science and Technology（KAIST）Seon Joon Kim和Hee-TaeJung教授在國際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Functional Materials上發(fā)表一篇題目為：In Situ Formation of Multiple Schottky Barriers in a Ti3C2?MXene Film and its Application in Highly Sensitive Gas Sensors的研究論文，在這項工作中，證明了根據(jù)多個SB位點的形成而增強的氣體傳感性能。TiO2晶體在Ti3C2?MXene上原位形成，通過控制氧化實現(xiàn)從單一起始材料實現(xiàn)半導(dǎo)體/金屬SB結(jié)。不同于以往對氧化MXenes的研究，氧化是在組裝膜上進(jìn)行的，將MXene薄片在水溶液中氧化，以氧化物裝飾所有MXene薄片，確保膜組裝后形成最大數(shù)量的SB連接。優(yōu)化后的TiO2/Ti3C2MXene材料在NO2氣體存在下的氣敏性能優(yōu)于原始Ti3C2?MXene。本文還通過透射電子顯微鏡(TEM)直接觀察證實了片狀SB位點的存在，并通過比較用商業(yè)TiO2納米顆粒合成的復(fù)合Ti3C2@TiO2膜的傳感性能，驗證了SB的調(diào)制效果。

圖1.?TiO2/Ti3C2MXene傳感器的合成工藝示意圖。

圖2.?TiO2/Ti3C2MXene的XPS、XRD、Raman表征。

圖3.?Ti3C2以及TiO2/Ti3C2的TEM圖像。

圖4.TiO2/Ti3C2氣體傳感器的氣敏性能。

圖5.傳感機理預(yù)期。

? ??綜上所述，本文演示了在Ti3C2?MXene薄膜中原位形成片狀SBs，并研究了取決于SB部位強度的氣敏性能的增強。驗證了利用SB位點增強這些薄膜的氣體傳感性能的可能性，例如當(dāng)像NO2這樣的強氧化氣體被用來極大地調(diào)節(jié)SB的位置時。優(yōu)化合成的TiO2/Ti3C2MXene氣體傳感器的氣體響應(yīng)比原始Ti3C2的氣體響應(yīng)高13.7倍，在室溫下達(dá)到125 ppb NO2氣體的檢測極限，說明TiO2/Ti3C2?MXene氣體傳感器的靈敏度提高了。我們的新策略實現(xiàn)了對SB調(diào)制的精細(xì)控制，并使SB結(jié)的密度在單個氣體傳感通道內(nèi)達(dá)到最大化，提出了一種通過簡單方法提高氣體傳感性能的方法。