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硫化MXene的超低浓度QCM氨气传感性能研究

MXene,QCM,NH3,气体传感

MXenes是近年来被广泛研究的新型二维材料，其具有高比表面积、高导电率及丰富的表面官能团。本研究采用氢氟酸刻蚀法，通过提高氢氟酸浓度刻蚀Ti₃AlC₂（MAX相)得到二维Ti₃C₂T_x薄片。其表面含有丰富的-F和-OH基团，使得Ti₃C₂T_x比传统的其他2D材料具有更优良的导电性。分别用氢氧化钠溶液和硫化钠对Ti₃C₂T_x进行碱化处理，得到碱化和硫化的Ti₃C₂T_x，并通过在石英晶体微天平（QCM）表面旋涂Ti₃C2T_x、碱化Ti₃C₂T_x和硫化Ti₃C₂T_x敏感膜制备三种氨气传感器。本研究证明碱化和硫化过程中表面基团的变化可有效提高常温氨气吸收性能。在室温下，硫化后的Ti₃C₂T_x薄膜对100ppm氨气的吸附响应比未进行表面处理的Ti₃C₂T_x薄膜提高了5倍，在超低浓度范围内具有良好的线性关系，提高了对氨气分子的吸附。同时，碱化Ti₃C₂T_x薄膜对氨气和湿度传感性能也有明显改善，表明了其在化学传感器，特别是氨气QCM传感器方面有很大的潜力。