碱处理提高手风琴状MXene的气体和湿度传感性能
【研究背景】
物联网是世界上发展最快的信息技术之一。传感器作为信息获取的前端，其重要性和需求日益突出。目前，许多类型的传感器可用于环境监测和生理检测。其中，基于监测大气环境中有毒有害气体的特殊检测机制的化学气体传感器和医学诊断和治疗中的呼吸标志气体受到了关注，具有广阔的应用前景。为了获得低功耗的高性能气体传感器，二维材料是一种很好的选择。与其他二维材料相比，MXene气体传感器具有超高的信噪比。具体来说，手风琴状Ti3C2TxMXene作为一种气体传感材料，其比表面积不受聚集物的影响。然而，对手风琴状Ti3C2TxMXene的湿度和气体分析研究目前还处于空白状态。
【成果简介】
最近，吉林大学卢革宇教授在国际知名学术期刊ACS Sensors上发表一篇题目为：Improvement of Gas and Humidity Sensing Properties of Organ-like MXene by Alkaline Treatment的研究论文，本研究基于平面基板和Ti3C2Tx传感材料，研制了室温NH3和湿度传感器。通过碱性处理，改善了Ti3C2Tx传感器的NH3和湿度传感性能。此外，还对所制备的传感器件的传感性能和机理进行了研究和探讨。碱化Ti3C2Tx传感性能的改善，在气体和湿度传感方面具有潜在的应用价值。
【图文导读】
图1. Ti3C2Tx器件以及手风琴状和片层状Ti3C2Tx的结构示意图。
图2. Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx的XRD和拉曼表征。
图3. Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx的SEM、TEM和EDS表征。
图4. Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx的XPS分析。
图5. Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx的湿度性能表征。
图6. 25℃下，碱化Ti3C2Tx装置5天内RH在11% ~ 98%之间的响应恢复曲线。
图7. Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx对氨气的气体性能表征。
图8.碱化Ti3C2Tx表面吸附H2O和NH3分子的示意图。
【本文总结】
本文合成了手风琴状Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx传感器，来测量室温下的湿度和NH3传感性能。通过材料表征试验，观察了Na+的插层和氧氟原子数比([O]/[F])的增加。研究了手风琴状Ti3C2Tx和碱化Ti3C2Tx传感器的气敏和湿敏性能。与Ti3C2Tx相比，碱化Ti3C2Tx器件的响应信号相反，湿度和NH3传感性能增强。这种增强是由于Na+的插入和-O官能团的增加。该研究成功地发现了提高Ti3C2Tx MXene化学传感性能的新方法。
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