在此，作者報道了一種基于 MXene/Graphene 復(fù)合敏感膜的氣體傳感器，用于低濃度氨氣檢測。具體來說，采用電泳沉積的方法，將MXene均勻地沉積在石墨烯傳感器的石墨烯薄膜表面，從而構(gòu)建了MXene/Graphene復(fù)合敏感薄膜。氨氣敏感性測試結(jié)果表明，MXene/Graphene復(fù)合薄膜傳感器在室溫和高濕度下表現(xiàn)出快速響應(yīng)、高靈敏度和優(yōu)異的氨選擇性。在相同的測試濃度（100 ppm）下，MXene/Graphene 傳感器的靈敏度是石墨烯傳感器的 3 倍，是 MXene 薄膜傳感器的 2 倍，達(dá)到 25%，其理論檢測限為 56 ppb。響應(yīng)時間僅為26 s，恢復(fù)時間為148 s，而石墨烯傳感器的響應(yīng)時間為 228 秒。MXene/Graphene敏感膜充分利用了MXene的親水性和豐富的表面官能團(tuán)，以及石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性，解決了純MXene靈敏度低、響應(yīng)速度慢、氨氣不能完全解吸的問題或石墨烯。在設(shè)計用于人體呼吸檢測分析的下一代便攜式氣體傳感器方面的潛在應(yīng)用。
Fig 1. 氣敏測量系統(tǒng)。
Fig 2. （a）單層石墨烯薄膜的SEM； (b) MXene/石墨烯復(fù)合膜的SEM； (c) 單層石墨烯薄膜 3D 形貌的 AFM； (d) MXene/石墨烯復(fù)合膜的 3D 形貌的 AFM； (e)單層石墨烯薄膜2D形貌的AFM； (f) MXene/石墨烯復(fù)合薄膜的 2D 形貌的 AFM。
Fig 3. (a) MXene、石墨烯和 MXene/石墨烯的拉曼光譜； (b) 石墨烯和 MXene/石墨烯的 FTIR； (c) 石墨烯XPS的C 1s ； (d) MXene/石墨烯的 XPS的C 1s ； (e) 石墨烯XPS的Ti 2p； (f) MXene/石墨烯 XPS 的 Ti 2p。
Fig 4. (a) 石墨烯基傳感器和MXene/石墨烯傳感器的I-V極化曲線，以及插入物的石墨烯薄膜和MXene/石墨烯薄膜的SEM； (b)不同沉積時間石墨烯傳感器的氣體響應(yīng)曲線； (c) 石墨烯薄膜、MXene薄膜、MXene/石墨烯復(fù)合薄膜的氣體響應(yīng)曲線比較； (d) MXene/石墨烯傳感器的響應(yīng)和恢復(fù)時間。
Fig 5. MXene/石墨烯傳感器可能的 NH3 傳感機(jī)制示意圖。
Fig 6. (a) MXene/石墨烯傳感器暴露于 10 ppm 至 100 ppm 各種 NH3 氣體濃度下的響應(yīng)曲線； (b) MXene/石墨烯傳感器暴露于0.5 ppm–5 ppm的不同NH3氣體濃度下的響應(yīng)曲線； (c) MXene/石墨烯傳感器的氨響應(yīng)對 10 ppm–100 ppm 濃度的線性依賴性； (d) MXene/石墨烯傳感器的氨響應(yīng)對 0.5 ppm 至 5.0 ppm 濃度的線性依賴性。
Fig 7. (a) MXene/石墨烯傳感器的重復(fù)氨響應(yīng)曲線； (b) MXene/石墨烯傳感器在 15 天內(nèi)連續(xù)測試； (c) MXene/石墨烯傳感器在 100 ppm NH3 下的溫度和濕度特性； (d) MXene/石墨烯傳感器的選擇性。
相關(guān)研究工作由廣西師范大學(xué)Quanfu Li課題組于2022年在線發(fā)表在《Carbon》期刊上，Highly sensitive graphene-based ammonia sensor enhanced by electrophoretic deposition of Mxene，原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.033
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
