【上海交通大學(xué)：研發(fā)紙基MXene全柔性高靈敏室溫氣體傳感器】

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，開發(fā)高靈敏柔性化學(xué)阻敏型氣體傳感器對有毒有害氣體的實時監(jiān)測和安全預(yù)警具有重要研究意義。

對于傳統(tǒng)的硅基氣體傳感器而言，其高功函數(shù)金屬叉指電極與半導(dǎo)體敏感材料之間能壘不匹配的問題限制了電荷有效傳遞及傳感性能提升。該工作設(shè)計了Ti3C2TxMXene非金屬電極（ME）和Ti3C2Tx/WS2氣敏材料集成的全柔性紙基傳感器，通過同質(zhì)導(dǎo)電電極和敏感材料的創(chuàng)新設(shè)計有效解決能壘不匹配的難題。

Ti3C2Tx/WS2納米片敏感材料具有高導(dǎo)電性、快速電荷轉(zhuǎn)移和豐富的活性位點等優(yōu)勢，與MXene同質(zhì)導(dǎo)電電極在單一傳感通道中形成歐姆接觸和肖特基異質(zhì)結(jié)，其異質(zhì)結(jié)調(diào)節(jié)效應(yīng)、功函數(shù)匹配設(shè)計和金屬誘導(dǎo)間隙態(tài)（MIGS）抑制效應(yīng)等能有效提升氣體傳感性能。

實驗結(jié)果表明，柔性紙基ME+Ti3C2Tx/WS2對1 ppm NO2的氣體傳感響應(yīng)值（15.2%）是傳統(tǒng)金叉指電極Au+Ti3C2Tx/WS2傳感響應(yīng)值（4.8%）的3.2倍，理論檢測極限為11.0 ppb，同時具備出色的抗?jié)穸确€(wěn)定性。該工作為基于MXene同質(zhì)導(dǎo)電電極和氣體傳感材料集成的全柔性氣體傳感器設(shè)計提供了一種新的思路。

研究亮點

1.采用激光雕刻輔助壓印技術(shù)制備柔性紙基Ti3C2TxMXene低功函數(shù)非金屬材料電極，降低傳統(tǒng)高功函數(shù)金屬電極和半導(dǎo)體電子親和力之間的能量差，抑制金屬誘導(dǎo)間隙態(tài)的形成，有效提高金-半界面處的載流子遷移速率。

2.構(gòu)建基于柔性紙基同質(zhì)Ti3C2TxMXene電極（ME）集成Ti3C2Tx/WS2氣敏材料的全柔性氣體傳感器，實現(xiàn)了室溫下對NO2氣體的高靈敏度和高選擇性傳感，其氣體傳感性能優(yōu)于傳統(tǒng)金叉指電極（AuE）集成的傳感器。

3. Ti3C2Tx/WS2異質(zhì)結(jié)調(diào)節(jié)效應(yīng)促進界面處的電荷載流子傳輸效率，協(xié)同增強了對NO2的吸附性能和傳感響應(yīng)值。調(diào)節(jié)肖特基勢壘高度（SBH）、抑制金屬誘導(dǎo)間隙態(tài)形成能有效避免費米能級釘扎效應(yīng)，實現(xiàn)了電荷載流子的自由轉(zhuǎn)移。