基于Ti3C2Tx MXene/ZnO异质结构的高灵敏度室温NH3传感器

基于MXene材料开发高灵敏度、选择性、快速响应和长期稳定的室温氨（NH3）传感器仍然是其实际应用的关键挑战。在这里，通过简单的一步水热法合成了具有不同质量比（3:1, 2:1, 1:1和1:2）的Ti3C2Tx MXene/ZnO复合材料。采用XRD、SEM、能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）进行表征确认复合材料的成功形成，揭示了表面化学键合和电子转移。气体传感评估表明，2:1质量比的Ti3C2Tx/ZnO复合材料在相对湿度为40%和室温下表现出最佳性能，在300 ppm NH3下实现了828%的显著响应。此外，即使在5 ppm NH3的较低浓度下，仍保持了32%的显著可检测响应。此外，传感器对20 ppm NH3的响应和恢复时间分别为26秒和11秒，远超原始的Ti3C2Tx MXene和ZnO传感器。实验发现和密度泛函理论计算验证了性能提升源于协同效应：手风琴状的MXene结构提供了丰富的吸附位点，而ZnO纳米颗粒的引入扩大了活性表面积并通过p-n异质结促进了电荷转移。这项工作为室温操作、高灵敏度和低功耗气体传感器的有针对性开发提供了前景策略。