在此，作者報道了一種基于 MXene/Graphene 復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，從而構建了MXene/Graphene復合敏感薄膜。氨氣敏感性測試結果表明，MXene/Graphene復合薄膜傳感器在室溫和高濕度下表現(xiàn)出快速響應、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，達到 25%，其理論檢測限為 56 ppb。響應時間僅為26 s，恢復時間為148 s，而石墨烯傳感器的響應時間為 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，以及石墨烯優(yōu)異的導電性，解決了純MXene靈敏度低、響應速度慢、氨氣不能完全解吸的問題或石墨烯。在設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/石墨烯復合膜的SEM； (c) 單層石墨烯薄膜 3D 形貌的 AFM； (d) MXene/石墨烯復合膜的 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曲線； (c) 石墨烯薄膜、MXene薄膜、MXene/石墨烯復合薄膜的氣體響應曲線比較； (d) MXene/石墨烯傳感器的響應和恢復時間。
Fig 5. MXene/石墨烯傳感器可能的 NH3 傳感機制示意圖。
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氣體濃度下的響應曲線； (c) MXene/石墨烯傳感器的氨響應對 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氨響應曲線； (b) MXene/石墨烯傳感器在 15 天內連續(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。
相關研究工作由廣西師范大學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
轉自《石墨烯研究》公眾號
