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Nano-Micro Letters (2021)13: 207 https://doi.org/10.1007/s40820-021-00724-1 图1. α-MoO₃晶体结构。 1.1 形貌调节 形貌调节对于提高气体传感器性能至关重要,因为它决定了表面反应的活性位点。形貌调节可以降低传感器最佳温度,可以提高传感器稳定性。 图2. α-MoO₃形貌调节。 1.2 贵金属表面功能化 通过在金属氧化物表面引入贵金属,可以提高气体传感器的性能。除了作为活性位点的作用外,具有高催化活性的贵金属还会降低气体的活化能,导致吸附率增加和操作温度降低。 图3. 贵金属在MoO₃之间的费米能级差异在界面处产生肖特基势垒。 1.3 元素掺杂 除了贵金属,其他金属也可用于提高MoO₃传感性能。例如,少量的铁 (Fe)、镍(Ni)、锌(Zn)和铬(Cr)显著提高传感器性能。 图4. Fe掺杂的MoO₃传感器。 1.4 异质结耦合 界面修饰或异质结构可以利用两种不同的材料特性的协同作用,实现优异的性能。 图5. p型金属氧化物和n型MoO₃接触前后的能带示意图。 MoS₂具有独特的可调光学带隙(1.2-1.8 eV)和电子结构。MoS₂的表面化学性质对于提高气敏特性至关重要。不同的MoS₂相其表面活性位点也会不同。在1 T-MoS₂中,表面活性位于缺陷和活化的边面。因此,1 T-MoS₂更适用于化学吸附技术,例如催化剂和传感器。 图6. MoS₂晶体结构。 2.1 深入了解MoS₂的气体传感机制 图7. 单层MoS₂与不同气体的差分电荷密度。 2.2 形貌调节 大多数合成的MoS₂表现出单层、少层或多层结构。传感材料形貌调节可以通常优化气体吸附/脱附过程,例如具有更多活性位点、高表面积、孔隙率或表面缺陷,从而改善气敏特性。 图8. 二维单层/单层MoS₂气敏性能。 2.3 1T—2H相位控制 2H-MoS₂具有局限性,主要是由于有限的活性位点和小的吸附能。1 T的吸附能和1 T MoS₂的分子吸附能力均显着高于2H-MoS₂。 图9. 1 T/2H MoS₂的气敏性能。 2.4 贵金属表面功能化 贵金属表面功能化气敏材料显著提高了响应值,改善/调节了选择性,并降低了工作温度。 图10. Au@MoS₂异质结的能带变化以及气敏响应值。 2.5 元素掺杂 许多的原子可以用来掺杂MoS₂,用于提高MoS₂的气体传感器性能。外来原子取代硫或钼有望提高MoS₂的气体吸附能力。 图11. Zn掺杂MoS₂。 2.6 异质结耦合 两种不同的材料接触时会形成异质界面,称为异质结。异质结构可以调节能带结构,扩大过渡层,协同表面反应等。因此,异质结构耦合是优化MoS₂气敏性能的先进策略之一。 MoSe₂和MoTe₂属于同一族,与MoS₂相似,具有高纵横比的二维层状结构,MoSe₂具有独特的物理和电子特性,例如非常窄的带隙(块体材料为1.1 eV,单层结构为1.5 eV)、在200-800 nm处具有良好的全光谱吸收、低内阻和高载流子迁移率,二维结构的MoSe₂表现出超大的比表面积和丰富的表面吸附位点,这些位点影响气敏性能。 IV 结论与展望 Shu Yin 本文通讯作者 日本东北大学 教授 纳米结构材料的形态控制、光催化材料、紫外-红外屏蔽智能窗材料、二维气敏材料、水热/溶剂热工艺、软化学合成等。 ▍主要研究成果 ▍Email: yin.shu.b5@tohoku.ac.jp Suyatman 本文通讯作者 万隆理工学院 讲师 气体传感器,染料敏化太阳能电池,固态物理。 ▍Email: yatman@tf.itb.ac.id Brian Yuliarto 本文通讯作者 万隆理工学院 教授 气体传感器,薄膜和纳米技术,纳米孔材料,半导体,分析化学等。 ▍Email: brian@tf.itb.ac.id Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、PubMed Central、DOAJ、CSCD、知网、万方、维普、超星等数据库收录。2020 JCR影响因子IF=16.419,在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前10%)。2020 CiteScore=15.9,材料学科领域排名第4 (4/123)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。
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