V2CTX MXene

Dec 12, 2023

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 3114 (2023) Цитировать эту статью

1326 Доступов

3 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Высокоэффективные новые сенсорные материалы, работающие при комнатной температуре, являются одной из передовых тем исследований в области газоанализаторов, а семейство новых двумерных слоистых материалов MXenes привлекло широкое внимание благодаря своим отличительным свойствам. В этой работе мы предлагаем хемирезистивный газовый датчик, изготовленный из гибридных материалов V2O5, полученных из V2CTx MXene, похожих на ежа (V2C/V2O5 MXene), для измерения газа при комнатной температуре. Сразу после приготовления датчик продемонстрировал высокие характеристики при использовании в качестве чувствительного материала для обнаружения ацетона при комнатной температуре. Кроме того, сенсор на основе V2C/V2O5 MXene показал более высокий отклик (S% = 11,9%) на воздействие 15 ppm ацетона, чем исходные многослойные V2CTx MXenes (S% = 4,6%). Кроме того, композитный датчик продемонстрировал низкий уровень обнаружения на уровнях ppb (250 ppb) при комнатной температуре, а также высокую селективность среди различных мешающих газов, быстрое время восстановления отклика, хорошую повторяемость с минимальными колебаниями амплитуды и отличную долговременную стабильность. . Эти улучшенные сенсорные свойства можно объяснить возможным образованием Н-связей в многослойных MXenes V2C, синергетическим эффектом вновь образованного композита сенсора V2C/V2O5 MXene, похожего на ежа, и высоким транспортом носителей заряда на границе раздела V2O5 и V2C. MXene.

С ростом осведомленности о быстром загрязнении окружающей среды и важности диагностики здоровья разработка интеллектуальных чувствительных датчиков стала передовой темой исследований в области обнаружения газов1. Развитие Интернета вещей (IoT) позволило объединить несколько типов активных датчиков в единую сеть, позволяя предупреждать пользователей о надвигающемся риске с помощью интеллектуальных технологий2. Одна категория датчиков, газовые датчики (подкласс химических датчиков), сыграла ключевую роль в мониторинге опасных газов и летучих органических соединений (ЛОС) в промышленности, закрытых помещениях и медицинских учреждениях с целью повышения безопасности и защищенности людей3. ,4,5. Другая категория — интеллектуальные сенсорные устройства на местах оказания медицинской помощи — привлекла внимание благодаря возможности диагностики заболеваний в режиме реального времени6. Например, дыхание человека представляет собой смесь различных газов, таких как N2, O2, CO2, водяной пар, следовые количества ЛОС (ацетон, аммиак, изопрен и др.) и неорганических газов (H2S, CO, NO и др.). ). Эти газы образуются либо эндогенно (в организме), либо экзогенно (из загрязнителей окружающей среды)7,8. В частности, ацетон является полезным биомаркером для диагностики диабета; это побочный продукт метаболического процесса кетоза, который выводится из организма через отходы или дыхание9. Концентрация ацетона колеблется от 0,2–0,9 частей на миллион (ppm) у здоровых людей и 0,9–1,8 ppm у пациентов с диабетом10. Местная статистика показала, что в 2017 году почти 17,3% населения Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ) в возрасте 20–80 лет страдали диабетом 2 типа, а почти 1 миллион человек страдали диабетом 1 типа, что поставило страну на пятнадцатое место в мире11. По сравнению с обычным анализом уровня глюкозы в крови, который может быть болезненным, анализ выдоха является многообещающим, неинвазивным, неопасным и экономически эффективным подходом к обнаружению ацетона12,13. Поэтому для разработки чувствительных газосенсорных устройств для обнаружения ацетона в выдыхаемом воздухе необходимы новые высокоэффективные сенсорные материалы. Для обнаружения ЛОС и токсичных газов используются новые материалы, в том числе хемирезисторы на основе металлооксидных полупроводников (MOXS)14, углеродные нанотрубки (УНТ)10 и двумерные (2D) материалы на основе графена15. Однако, хотя газовые датчики MOXS часто используются в качестве эффективных датчиков газа-преобразователя, их высокая рабочая температура является существенным практическим препятствием3. Датчики газа, работающие при комнатной температуре (RT), были призваны решить эту проблему. Хотя УНТ и 2D-материалы на основе графена могут работать при комнатной температуре, их вялая реакция и низкий отклик препятствуют практическому применению16,17. Поэтому необходимы альтернативные чувствительные материалы, которые могут работать при комнатной температуре и проявлять улучшенные сенсорные свойства.