在此，作者报道了一种基于 MXene/Graphene 复合敏感膜的气体传感器，用于低浓度氨气检测。具体来说，采用电泳沉积的方法，将MXene均匀地沉积在石墨烯传感器的石墨烯薄膜表面，从而构建了MXene/Graphene复合敏感薄膜。氨气敏感性测试结果表明，MXene/Graphene复合薄膜传感器在室温和高湿度下表现出快速响应、高灵敏度和优异的氨选择性。在相同的测试浓度（100 ppm）下，MXene/Graphene 传感器的灵敏度是石墨烯传感器的 3 倍，是 MXene 薄膜传感器的 2 倍，达到 25%，其理论检测限为 56 ppb。响应时间仅为26 s，恢复时间为148 s，而石墨烯传感器的响应时间为 228 秒。MXene/Graphene敏感膜充分利用了MXene的亲水性和丰富的表面官能团，以及石墨烯优异的导电性，解决了纯MXene灵敏度低、响应速度慢、氨气不能完全解吸的问题或石墨烯。在设计用于人体呼吸检测分析的下一代便携式气体传感器方面的潜在应用。
Fig 1. 气敏测量系统。
Fig 2. （a）单层石墨烯薄膜的SEM； (b) MXene/石墨烯复合膜的SEM； (c) 单层石墨烯薄膜 3D 形貌的 AFM； (d) MXene/石墨烯复合膜的 3D 形貌的 AFM； (e)单层石墨烯薄膜2D形貌的AFM； (f) MXene/石墨烯复合薄膜的 2D 形貌的 AFM。
Fig 3. (a) MXene、石墨烯和 MXene/石墨烯的拉曼光谱； (b) 石墨烯和 MXene/石墨烯的 FTIR； (c) 石墨烯XPS的C 1s ； (d) MXene/石墨烯的 XPS的C 1s ； (e) 石墨烯XPS的Ti 2p； (f) MXene/石墨烯 XPS 的 Ti 2p。
Fig 4. (a) 石墨烯基传感器和MXene/石墨烯传感器的I-V极化曲线，以及插入物的石墨烯薄膜和MXene/石墨烯薄膜的SEM； (b)不同沉积时间石墨烯传感器的气体响应曲线； (c) 石墨烯薄膜、MXene薄膜、MXene/石墨烯复合薄膜的气体响应曲线比较； (d) MXene/石墨烯传感器的响应和恢复时间。
Fig 5. MXene/石墨烯传感器可能的 NH3 传感机制示意图。
Fig 6. (a) MXene/石墨烯传感器暴露于 10 ppm 至 100 ppm 各种 NH3 气体浓度下的响应曲线； (b) MXene/石墨烯传感器暴露于0.5 ppm–5 ppm的不同NH3气体浓度下的响应曲线； (c) MXene/石墨烯传感器的氨响应对 10 ppm–100 ppm 浓度的线性依赖性； (d) MXene/石墨烯传感器的氨响应对 0.5 ppm 至 5.0 ppm 浓度的线性依赖性。
Fig 7. (a) MXene/石墨烯传感器的重复氨响应曲线； (b) MXene/石墨烯传感器在 15 天内连续测试； (c) MXene/石墨烯传感器在 100 ppm NH3 下的温度和湿度特性； (d) MXene/石墨烯传感器的选择性。
相关研究工作由广西师范大学Quanfu Li课题组于2022年在线发表在《Carbon》期刊上，Highly sensitive graphene-based ammonia sensor enhanced by electrophoretic deposition of Mxene，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.11.033
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