[發明專利]一種采用W摻雜改善MoS2氣體傳感器性能的方法

有效

• 申請號: 201910712981.5
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110455873B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 張勇;劉燦;譚俊江;孟繁樸
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C01G39/06;C01G41/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發明提供了一種采用W摻雜改善MoS₂氣體傳感器性能的方法，包括以下步驟：在MoS₂生長過程中，引入與Mo⁴⁺離子半徑相近的W⁴⁺離子，實現對材料空位的填補，改善氣體分子在材料表面的吸附/脫附行為。通過水熱法合成了W摻雜MoS₂材料，并進一步制作出平面叉指型NO₂氣體傳感器。結果表明，W的摻雜使得MoS₂氣體傳感器對NO₂氣體的響應/恢復行為得到了極大的改善，響應/恢復時間降低了一個數量級，從幾百秒降低到幾十秒。本發明利用經濟有效的水熱法實現了空位補償并且提高了MoS₂氣體傳感器響應/恢復速度，制備過程簡單，反應條件對所需儀器要求低、工藝簡單、成本低等優點，在室溫快速氣體檢測中的領域中具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種半導體氣體傳感器，特別涉及一種采用W摻雜改善MoS₂氣體傳感器性能的方法。

背景技術

隨著現代工業的迅速發展，大量的有毒有害氣體被排放，環境空氣質量問題已經成為人們廣泛的關注點。氮氧化物(NO₂)是一種典型的空氣污染物，對人體健康和環境構成威脅。因此，研制具有快速氣體檢測、高選擇性和高靈敏度的NO₂氣體傳感器以實現對環境中NO₂氣體的高效檢測具有十分重要的意義。

MoS₂作為一種高效的NO₂氣體傳感材料，由于不需要加熱裝置就能在室溫下檢測NO₂而受到廣泛的關注。一些理論計算證實NO₂以物理吸附的形式吸附在MoS₂表面，這意味著NO₂對MoS₂的吸附和解吸行為是非常短的過程。然而，水熱法和其他濕法合成的MoS₂在室溫下檢測氣體時，并沒有理論預測的快速響應/恢復行為。這是因為水熱法合成的MoS₂表面存在或多或少的缺陷(如鉬空位、硫空位)，并不是理論計算中理想的均勻表面。這些缺陷導致了MoS₂與氣體分子之間的強化學吸附，使得氣態NO₂難以從MoS₂表面脫附。MoS₂因在室溫下脫附困難，導致其在室溫下的響應/恢復時間較慢，甚至沒有恢復，這極大地阻礙了MoS₂的實際應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種采用W摻雜改善MoS₂氣體傳感器性能的方法。

發明原理：在MoS₂生長過程中，引入與Mo⁴⁺離子半徑相近的W⁴⁺離子，W⁴⁺進入晶格后填補了Mo⁴⁺缺失產生的空位，達到MoS₂均勻表面的目的。通過對MoS₂材料中空位的填補實現氣敏性能提升。

采用以下技術方案實現：采用水熱法合成了W摻雜MoS₂材料，包含下述步驟：

步驟1，稱取鉬酸鈉、硫代乙酸銨和鎢酸鈉置于燒杯中，溶于去離子水中并使用磁力攪拌器攪拌使其分散均勻；

步驟2，在上述混合溶液中加入0.3 g硅酸鈉，促進W摻雜MoS₂材料的形成；將稀鹽酸逐滴滴入上述溶液中，調節透明溶液的pH值為6；

步驟3，將上述均勻溶液轉移到聚四氟乙烯內膽中，然后將內膽裝入不銹鋼反應釜中，并將反應釜密封，放入烘箱中加熱反應；

步驟4，待反應釜自然冷卻后，將釜內懸濁液取出，進行離心分離操作，得到黑色沉淀，然后將所得的黑色沉淀進行清洗、干燥，得到W摻雜MoS₂材料。