【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(duì)有毒有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全預(yù)警具有重要研究意義。

對(duì)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(wèn)題限制了電荷有效傳遞及傳感性能提升。該工作設(shè)計(jì)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(guò)同質(zhì)導(dǎo)電電極和敏感材料的創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，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(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，柔性紙基ME+Ti3C2Tx/WS2對(duì)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(cè)極限為11.0 ppb，同時(shí)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(jì)提供了一種新的思路。

研究亮點(diǎn)

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(shí)現(xiàn)了室溫下對(duì)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(jìn)界面處的電荷載流子傳輸效率，協(xié)同增強(qiáng)了對(duì)NO2的吸附性能和傳感響應(yīng)值。調(diào)節(jié)肖特基勢(shì)壘高度（SBH）、抑制金屬誘導(dǎo)間隙態(tài)形成能有效避免費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了電荷載流子的自由轉(zhuǎn)移。