文献标题

Pt/MoS2/Polyaniline Nanocomposite as a Highly Effective Room Temperature Flexible Gas Sensor for Ammonia Detection

作者信息

Xu Tian 1, Xiuxiu Cui 1, Yawei Xiao 1, Ting Chen 2, Xuechun Xiao 3, Yude Wang 1, 4

1 National Center for International Research on Photoelectric and Energy Materials, School of Materials and Energy, Yunnan University, Kunming 6500504, People’s Republic of China

2 Institute of Materials Science & Devices, School of Materials Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, People’s Republic of China

3 Key Lab of Quantum Information of Yunnan Province, Yunnan University, Kunming 6500504, People’s Republic of China

4 National Center for International Research on Photoelectric and Energy Materials, School of Materials and Energy, Yunnan University, Kunming 6500504, People’s Republic of China; Yunnan Key Laboratory of Carbon Neutrality and Green Low-Carbon Technologies, Yunnan University, Kunming 650504, People’s Republic of China

文章信息

期刊：ACS Applied Materials & Interfaces

IF：9.5

日期：2023-02-10

DOI：10.1021/acsami.2c20299

文章内容

通过水热法结合原位聚合法合成了Pt/MoS2/聚苯胺（Pt/MoS2/PANI）纳米复合材料，并对其表面进行了Pt颗粒修饰。Pt/MoS2/PANI纳米复合材料沉积在聚酰亚胺（PI）膜的柔性Au叉指电极上。该柔性传感器在室温（RT）下对 NH3 表现出了更高的响应值和更快的响应/恢复时间。与基于 PANI 和 MoS2/PANI 的气体传感器相比，它对 50 ppm NH3的气体传感响应分别提高了 2.32 倍和 1.13 倍。检测限为 250 ppb。传感机制的增强可归因于三个组分之间的 p-n 异质结和肖特基势垒，并通过电流-电压（I-V）曲线进行证实。根据密度泛函理论（DFT）、Bader 分析和差分电荷密度来说明气体分子在传感材料表面的吸附行为和电荷转移，得到了令人满意的 NH3 相较于三甲胺（TMA）和三乙胺（TEA）的选择性。该传感器即使在相对湿度较高的情况下也能保持优异的传感响应值，并且在更高弯曲角度/数值下仍能够对NH3保持良好的传感稳定性。因此，Pt/MoS2/PANI 可被视为室温下高性能 NH3 检测的传感材料，有望应用于柔性可穿戴电子产品。

结果与讨论

所制备的PANI、MoS2、MoS2/PANI（MP-2）和Pt/MoS2/PANI（6%）的形态特征如上图所示。如图a所示，原始PANI由许多不规则棒状外观的短簇组成。对于图b中的原始MoS2，则呈现出由几个超薄2D MoS2纳米片组装而成的3D纳米花形状。MoS2/PANI的形态如图c所示，可以清楚地观察到PANI均匀地原位聚合在3D MoS2纳米花的表面上。这种与PANI接触的特殊结构更有利于纳米复合材料在气体传感器中的应用。在此基础上，将贵金属Pt纳米粒子修饰在MoS2/PANI纳米复合材料的表面。从图d中可以看出，材料表面附着着明亮的Pt纳米粒子团簇。图e，f分别描绘了MoS2/PANI的TEM和HRTEM图像，这进一步证明了PANI围绕着MoS2的表面，Pt/MoS2/PANI的TEM图像如图g所示，Pt纳米颗粒均匀地分布在纳米复合材料的表面上。Pt/MoS2/PANI的HRTEM图像（图h）显示，Pt纳米颗粒的直径为2.5nm，这种小的纳米颗粒可以对气体吸附行为表现出更高的催化作用，有利于提高气体灵敏度。同时，约0.225 nm的晶面晶格间距对应于金属Pt的（111）晶面。图i表明纳米复合材料中均匀存在C、N、Mo、S和Pt。

制备的Pt/MoS2/PANI样品的化学组成和表面状态可由XPS研究证明。图a表C、N、Mo、S和Pt元素的存在。C 1s、N 1s、Mo 3d、S 2p和Pt 4f的高分辨率扫描如图b?f所示。纳米复合材料的C 1s区域在283.9、284.8和285.5 eV处拟合有三个峰，分别对应于C?C键、C?N键和C?O键。N 1s剖面在398.8、399.1和400.3 eV处拟合了三个峰值，这些峰值分别归因于?C=N?、?NH?和N+。Mo 3d光谱中的拟合峰分别出现在226.7、228.9和232.4eV处，236.1eV处的Mo 6+峰归因于氧化物态Mo的存在或（NH4)2MoS4的不完全还原。

MP-2（图a）和Pt/MP-2(图b)柔性气体传感器在RT下对NH3的动态传感特性。图c为PANI、MP2和Pt/MP-2柔性气体传感器对不同浓度NH3的电阻曲线。图d为PANI，MP-2和MP-2，Pt/MP-2（图e）柔性气体传感器在RT下对50ppm NH3蒸汽的重复性，以及Pt/MP-2柔性气体传感器在RT下对50ppm NH3蒸汽的电阻响应。图i为Pt/MP-2柔性气体传感器在50 ppm NH3下60天的长期稳定性。

转自：“科研一席话”微信公众号

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