MoS2纳米复合材料制备及其气体传感特性研究

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受石墨烯优异性能的启发,研究者们也开始研究类似石墨烯结构的其他二维纳米材料的气敏性能,其中以过度金属硫化物(TMDs)为主。二硫化钼(MoS2)是备受研究人员关注的二维过渡金属硫化物之一,由于其大的直接带隙(1.2-1.9 e V)、高的表面积-体积比和出色的场效应晶体管效应而受到越来越多的关注。由于层状MoS2拥有大的表面-体积比、高的承载迁移率和较多活性点,使其成为非常有前景的气体检测材料。氧化石墨烯(GO)具有较大的比表面积。同时,GO具有一定的导电性,可以提高材料的载流子迁移率,从而改善气敏反应。本论文围绕MoS2材料的结构与制备展开工作,研究了MoS2作为高性能气体传感材料的特性(如灵敏度、响应-恢复时间、选择性、重复性和长期稳定性等)。本论文主要工作内容如下:1、使用一步水热法合成了MoS2纳米球,通过气体传感测试,证明了MoS2对氨气具有一定的气体传感性能,其对200 ppm氨气的响应值约为20%。2、为进一步提高响应,尝试与GO复合的方法。利用静电纺丝技术制备了GO纳米纤维,然后再通过水热合成法在GO纳米纤维上生长了MoS2纳米球,最终形成了链状MoS2纳米复合纤维。通过多种表征技术,发现由单层MoS2纳米片组成的球状MoS2均匀的生长在GO纳米纤维上,形成了独特的链状结构。3、对链状MoS2纳米复合纤维进行了气体传感测试并讨论了气敏传感机理。实验结果表明:链状MoS2纳米复合纤维对氨气有最高的响应值,且其响应比MoS2纳米球提高了大约一倍,且检测范围更广;通过计算得到链状MoS2纳米复合纤维的最低检测限为720 ppb;拥有优异的重复性和选择性。同时也为制备不同形貌的MoS2提供了新的思路,链状MoS2纳米复合纤维优异的氨气传感器性能使其成为氨气传感应用的候选者。
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