Flexible and high-sensitivity sensor based on Ti3C2–MoS2 MXene composite for the detection of toxic gases

基于Ti3C2-MoS2 MXene复合材料的柔性高灵敏度有毒气体检测传感器

文献来源:期刊：Chemosphere

作者：Van ThuanLe等

通讯作者：Khanh B.Vu; Quang HieuVu; TranDai Lam; Vy AnhTran

机构：都谭大学先进化学研究与发展研究所; 都谭大学自然科学学院; 伊朗曲昌工业大学化学工程系; 胡志明市工业大学化学工程学院; 越南科学技术研究院热带技术研究所; 韩国Gachon大学BioNano技术学院食品科学与生物技术系; 中央大学化学工程与材料科学学院; 国际大学生物技术学院化学工程系; 越南胡志明市4区13区阮达清300A阮达清大学NTT高科技学院; 韩国城南市水井区城南大路1342号嘉泉大学化学生物工程系; 越南胡志明市越南国立大学

简介

在本研究中，作者使用二维MXenes和MoS2材料创建了Ti3C2-MoS2复合材料，具有高金属导电性和显著信号的全功能化表面。在室温下，Ti3C2-MoS2复合材料对NO2气体具有明显的信号、循环响应曲线和浓度依赖性。当NO2浓度分别增加到10 ppm、50 ppm和100 ppm时，标准Ti3C2-MoS2 (TM_2)复合材料(20 wt% MoS2)的灵敏度急剧上升到35.8%、63.4%和72.5%。此外，该复合材料还显示出对其他有害气体的反应信号，如氨和甲烷。

材料的制备

1、 采用HF腐蚀产生多层Ti3C2。

2、 将MoO3和KSCN溶于DI水中，超声60 min产生MoS2。加入HCl溶液调整溶液pH至2.5，搅拌混合物60分钟。将混合物放入100ml特氟龙内衬不锈钢高压釜中，220℃水热处理36 h，冷却至室温。

3、 上面的二硫化钼粉剂混合着Ti3C2 MXene毫升,然后分散到去离子水中。混合后放置在容量100毫升高压釜并保持在170°C 8 h，洗涤干燥。当MoS2的质量比为10%、20%和30%时，最终得到的粉体分别命名为TM_1、TM_2和TM_3。

结果与讨论

通过SEM、TEM、XRD、XPS等表征手段验证了材料的成功制备。

对比可以发现同样的条件下Ti3C2-MoS2有着更好的性能。

复合材料具有比单一材料更好的性能。

Ti3C2 MXene具有极活跃的表面末端基团，能够接触并捕获空气中的O2分子。之后，一部分被吸附的O2分子被催化分解成O原子。通过表面终止基团(即-OH， -F)， O原子和O2分子可以从MXene上剥夺电子，产生氧离子，如O2?或O?，并位于MXene表面。同时，MoS2组分的空白表面会像吸附氧气一样吸附NO2分子。由于其高亲电性，物理吸附的NO2分子最有可能从相邻介质中捕获电子。因此，由于MoS2与MXene的紧密接触，大部分O2 -或O -能够很容易地从MXene迁移到MoS2，并为被吸收的NO2气体提供电子。

结论

作者介绍了一种新的气体传感器，它基于二维MXenes和MoS2材料，具有高活性的表面位点，优良的导电性和广泛的表面积。Ti3C2-MoS2复合材料具有良好的金属导电性和完全功能化的表面。结果表明，Ti3C2-MoS2复合材料在室温下可以检测空气中极低浓度的NO2。此外，Ti3C2-MoS2复合材料还检测到了氨和甲烷等有毒气体。Ti3C2-MoS2复合材料具有在环境温度下检测多种有害气体的可靠能力。

转自：“科研一席话”微信公众号

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