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表面自由基激活CoP/MoS2传感器,增强室温下的二氧化氮传感性能

来源:柔性传感器

柔性和可穿戴气体传感器在物联网的发展中非常重要,但传统的金属氧化物、二硫化物气敏传感材料通常存在导电性差、灵敏度低和高功耗等问题,限制了其在该领域的应用。因此探索新的策略和方法来激活材料气敏性能仍然是该领域的研究热点。


济南大学徐锡金、王晓团队的研究人员通过水热法制备了MoS2纳米花,再通过Co-MOF的生长以及磷化反应,成功地在MoS2表面修饰了无定形的CoP,制备了CoP/ MoS2纳米复合材料。借助CoP的电解水性能产生大量羟基自由基及超氧自由基,激活了材料表面吸附能力,提高了气敏响应。CoP/ MoS2(CM-2)传感器在室温下对100 ppm的NO2气体表现出61%的响应,还表现出15 s的响应时间和30 ppb的低检测限,在可穿戴应用方面具有很大的潜力。CM-2传感器对NO2气体的传感性能还具有良好的选择性、重复性、稳定性和机械耐久性,并且对不同相对湿度的耐受性也较好。通过EPR表征和DFT计算,证实了材料表面超氧自由基(⋅O₂⁻)和羟基自由基(⋅OH)的存在,显著促进了NO₂气体的吸附和气体传感性能。具体来说,⋅OH自由基与NO₂反应生成气态HNO₃,消耗了大量的⋅OH自由基,同时释放出电子,这些电子在外部偏压的作用下转移到正极,产生大量的空穴,从而降低了传感器的电阻,提高了传感器的灵敏度。此外,NO₂气体还会与⋅O₂⁻自由基反应生成气态HNO₃,进一步消耗电子,产生更多的空穴,从而显著降低传感器的电阻。随后,将该传感器与智能传感系统集成,实现了对NO₂气体的实时监测和预警。该研究为开发用于柔性和可穿戴应用的新型传感策略提供了新的途径。


参考文献Surface Free Radicals Activated CoP/MoS2 Sensors Through Electrocatalytic Water Splitting for Enhanced NO2 Sensing at Room Temperatures

Xixi Li1, Xiao Wang1*, Zhaokun Sun1, Feifei Li1, Yao Fu1, Keyang Zhao1, Gang Zhao1, Cunguang Zhu2, Xijin Xu1*

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153381