JAC：钼酸铁/MXene复合物用于气体传感

【研究背景】

金属氧化物半导体气体传感器的传感性能受工作温度的影响较大，工作温度是一个控制电导率、表面反应性和电子传递速率的参数。大多数基于半导体的气体传感器在工作温度超过300℃的情况下都能实现高性能，因为低温情况下，不足以克服热能量势垒并引发气体传感反应。考虑到操作温度高带来的不良影响，如实验数据不准确、液化石油气(LPG)爆炸等，采用表面改性、贵金属或导电聚合物无机掺杂等方法，与碳纳米管形成复合材料，降低操作温度。

由于MXene的合成方法，层间水分子或表面官能团使MXene具有与传统2D材料不同的气体传感特性，这可能是由于吸附的气体分子与传感材料之间的相互作用比典型的电荷转移模型更为复杂。因此，研究可能影响低温选择性的因素非常重要。钼酸铁(Fe₂(MoO₄)₃)材料在磁性器件、甲醇氧化催化、储能、气体传感检测等领域得到了广泛的研究和应用。与传统的简单金属氧化物相比，多金属元素的Fe₂(MoO₄)₃具有丰富的氧空位，有利于选择性传感性能。研究表明，钼酸铁材料在相对较高的温度下对丙酮有较好的气体响应。为了降低操作温度，提高气体传感性能，采用Fe₂(MoO₄)₃/MXene复合材料对相关气体传感性能进行了研究。

【成果简介】

近期，武汉工程大学林志东教授在国际知名学术期刊Journal of Alloys and Compounds上发表一篇题目为：Enhanced gas sensing properties at low working temperature of iron molybdate/MXene composite的研究论文，采用水热法制备了Fe₂(MoO₄)₃/MXene纳米复合材料。利用该复合材料制备了电阻式气体传感器，并对其对正丁醇的低温气体传感性能进行了研究。复合材料在较低的工作温度下比单独的Fe₂(MoO₄)₃具有更好的电导率和更高的气体响应。增强的气敏性能取决于复合材料的组成和结构，可以通过调节MXene/ Fe₂(MoO₄)₃复合材料的质量比来轻松控制。这些结果揭示了它在低温气体传感中的潜在应用。

【图文导读】

图1. Fe₂(MoO₄)₃和复合材料的XRD表征。

图2. Fe₂(MoO₄)₃和复合材料的SEM表征。

图3. Fe₂(MoO₄)₃和复合材料的TEM表征。

图4.Fe₂(MoO₄)₃和复合材料的氮吸附-脱附等温线和BJH孔隙大小分布图(内部)。

图5.Fe₂(MoO₄)₃和复合材料传感器的气体响应性能与温度关系。

图6.Fe₂(MoO₄)₃和复合材料传感器对正丁醇的气敏性能。

【本文总结】

本文采用单一水热法制备了Fe₂(MoO₄)₃/MXene复合材料。合成的复合材料呈现出分层结构，其中Fe₂(MoO₄)₃微球由纳米薄片组装而成，并被MXene层覆盖。MXene的引入提高了复合材料的导电性，在低温下也可以很容易地检测出气体响应。复合材料的高表面积导致了高的气敏响应。对100ppm的正丁醇（S=43.1）和二甲苯（S=39.5）增强的气敏性能，表明其在气体传感器方面有潜在的应用。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152785.

信息来源：MXene Frontier

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