[發明專利]一種薄層MXene/六方晶相二硫化鉬復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110450804.1
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113173601B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 史克英;呂賀;劉茁
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;C01B32/921;G01N27/12;B82Y40/00;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種薄層MXene/六方晶相二硫化鉬復合材料及其制備方法和應用，它涉及一種MXene復合材料及其制備方法和應用。本發明的目的是要解決現有MoS₂或MoS₂的復合材料作為敏感材料制備氣敏元件用于檢測NO₂的靈敏度較低，檢測極限高，恢復性差和需要借助其他輔助手段進行測試，成本高，檢測時間長的問題。一種薄層MXene/六方晶相二硫化鉬復合材料由二維過渡金屬碳化物、含鉬化合物、含硫化合物、弱酸和表面活性劑為原料制備而成。方法：一、制備薄層MXene；二、復合；三、后處理。薄層MXene/六方晶相二硫化鉬復合材料作為敏感材料制備氣敏元件，所述的氣敏元件在室溫下用于檢測空氣中低濃度的NO₂。

技術領域

本發明涉及一種MXene復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

地球的大氣環境由各種化學元素、氣體和塵埃粒子組成，氣體成分包括N₂、O₂、CO、CO₂、NO₂、NH₃等等。在這些氣體中，環境中存在的O₂對生物體來講是有益的，而有一些氣體，如NO₂、CO則是有毒有害的。因此，實時監測大氣中NO₂的含量具有十分重要的意義。

目前，TMDs已經被證明是一種極具潛力的檢測NO₂氣體的的傳感器?；诙蚧f的氣體傳感器在室溫下可以對有毒有害氣體NO₂有不同程度的響應，這種降低傳感器工作溫度，降低功耗的優勢使其實用性極大增強。但是，以單純的二硫化鉬作為氣敏傳感材料，仍然存在一些不利于氣體傳感性能的問題，如低濃度靈敏度低，響應-恢復響應時間長以及無法完全脫附等。為了確保NO₂分子從半導體金屬硫化物的表面完全解吸，往往會需要升高的環境工作溫度或者對其進行改性，例如，文獻1：Neetika,Arvind Kumar,RameshChandra,V.K.Malik,MoS₂ nanoworm thin films for NO₂ gas sensing application,Thin Solid Films 2021,725,138625；文獻2：Alangadu Kothandan Vivekanandan,Bohr-Ran Huang,Deepa Kathiravan,Adhimoorthy Saravanan,Adhimoorthy Prasannan,Hsieh-Chih Tsai,Shih-Hsun Chen,Effect of MoS₂solution on reducing the wallthickness of ZnO nanotubes to enhance their hydrogen gas sensing properties,Journal of Alloys and Compounds 2021,854,157102；文獻3：Adhimoorthy Saravanan,Bohr-Ran Huang,Jinn P.Chu,Adhimoorthy Prasannan,Hsieh-Chih Tsai,Interfaceengineering of ultrananocrystalline diamond/MoS₂-ZnO heterostructures and itshighly enhanced hydrogen gas sensing properties,Sensors and Actuators B:Chemical,2019,292,70-79；文獻4：Byungjin Cho,Jongwon Yoon,Sung Kwan Lim,Ah RaKim,Dong-Ho Kim,Sung-Gyu Park,Jung-Dae Kwon,Young-Joo Lee,Kyu-Hwan Lee,ByoungHun Lee,Heung Cho Ko,and Myung Gwan Hahm,ACS Applied MaterialsInterfaces,2015，7(30),16775-16780；文獻5：Youngjun Kim,Sang-Koo Kang,Nan-Cho Oh,Hi-DeokLee,Soo-Min Lee,Jusang Park,and Hyungjun Kim，ACS Applied MaterialsInterfaces，2019，11(42),38902-38909；文獻6：Moritz Schleicher and Maria Fyta，ACSApplied Electronic Materials，2020，2(1),74-83；文獻7：Yiyi Chen,Fengjing Liu,Jiawei Wang,Yan Zhang,Yuan Fan,Mei Liu,Yuefeng Zhao,Gongtang Wang,Chao Jiang,Large modulation of mobile carriers within MoS₂ by decoration of moleculardopants to enhance its gas sensing,Applied Surface Science,2020,527,146709；文獻8：Wenxin Wang,Yuhua Zhen,Jiuyang Zhang,Yingda Li,Hong Zhong,Zilong Jia,YaXiong,Qingzhong Xue,Youguo Yan,Njud S.Alharbi,Tasawar Hayat,SnO₂nanoparticles-modified 3D-multilayer MoS₂nanosheets for ammonia gas sensingat room temperature,Sensors and Actuators B:Chemical,2020,321,128471，以上文獻均不加入Ti₃C₂T_x MXene，所制得的MoS₂或其復合材料，對NO₂的靈敏度均較低，例如對于100ppm高濃度NO₂的靈敏度介于15-30之間。另外其檢測極限也較高，恢復差以及僅能恢復至基線的百分之八十?？梢?，對于制備的單一結構的MoS₂，需要借助其他的輔助手段，傳感器測試的成本與時間消耗大大增加；同時，材料長期處于紫外照射輔助恢復的工作環境下，其對傳感材料本身也會產生一定的損耗，從而限制了其廣范圍的應用。