边缘丰富的二硫化钨纳米点的制备及其硫化氢气敏性能研究

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硫化氢(H2S)是一种无色、易燃、有臭鸡蛋味的气体,作为一种剧毒性物质,对人体健康和大气环境都具有很强的危害性,当人体接触ppb级别的H2S气体时呼吸系统就会受到损害。因此为维护生态环境和保护人体健康,急需研发一种快速、高灵敏度、高选择性的H2S气体传感器。然而,传统半导体金属氧化物气体传感器通常需要在加热(200-700℃)条件下工作,导致传感器功耗较高,且加热电流的副作用可能导致对元件自身造成损耗,石墨烯材料虽然能有效降低工作温度,但由于其零带隙的结构特点而应用受限,因此研究者们将视线转向了过渡金属硫化物TMDCs,其既能实现室温响应、又具有可随层数调控的带隙结构,能够很好地解决以上两种材料存在的问题,但这类材料的灵敏度、选择性和回复率等特性仍有待提高。本研究针对以上背景,设计了对WS2粉末进行简单的破碎处理的实验方法,制备了一种具有丰富硫边缘位点的,室温下对H2S气体具有高选择性、高灵敏度、快速完全响应、低检测极限特性的WS2纳米点传感材料。通过破碎处理大量增加了WS2材料的边缘位点,从而提高了对H2S灵敏度、选择性和回复率等性能。性能最优的材料为在二甲基甲酰胺(DMF)中破碎3 h的WS2纳米点材料,其对10 ppm H2S的灵敏度高达9.7,响应时间为21 s,对H2S气体能够完全回复并且回复时间为261 s,而作为对照组的未破碎WS2对10 ppm H2S灵敏度较低、选择性较差,且无法完全回复。并且该破碎处理后的WS2材料还具有随气体浓度较好的线性关系和重复性,这些特性都为二维材料将来的实际应用和继续研究发展提供了更多可能性和新的思路,这也是本研究的意义所在。
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