MXene/Co3O4 Layered Composites for Acetone Gas Sensing

丙酮 材料科学 吸附 异质结 电场 复合数 检出限 化学工程 纳米技术 复合材料 光电子学 化学 色谱法 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Chunmei Zhang,Xuanyu Wu,Chengyuan Zha,Lei Li,Hao Lü,Ting Chen,Shan Zhang,Huanhuan Xing,Mengdi Zhao,Wei Sun,Wei Chen,Chunxian Guo,Chang Ming Li
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (17): 20690-20699 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c03512
摘要

Accordion-like multilayered Ti 3 C 2 T x MXene has garnered significant attention due to its high conductivity and sensitivity, thereby being promising for acetone sensing. However, the limited stability of thin-layered MXene hinders its applications at high temperature. In this study, MXene/Co 3 O 4 was synthesized via a self-assembly method by coating thin-layered MXene with Co 3 O 4 nanosheets (Co 3 O 4 NS) to enhance acetone sensing performance, especially at a high temperature of up to 200 °C. An interfacial electric field arises between Ti 3 C 2 T x MXene and Co 3 O 4 NS because of their different work functions. Due to a synergistic effect of the interfacial electric field and the surface-coated Co 3 O 4, MXene/Co 3 O 4 achieves the highest response intensity for acetone concentrations ranging from 0.1 to 1000 ppm, surpassing the individual sensitivities of Co 3 O 4 NS and MXene alone. Remarkably, the detection limit of MXene/Co 3 O 4 (0.1 ppm) outperforms those of Co 3 O 4 NS and MXene. Employing the AdaBoost algorithm for machine learning, MXene/Co 3 O 4 demonstrated 99.76% accuracy in distinguishing acetone from six other gases, holding great potential for practical gas sensing applications. The acetone adsorption energy of the MXene/Co 3 O 4 heterojunction calculated by density functional theory is −0.97 eV, indicating easier adsorption than MXene and Co 3 O 4 NS. This study presents a facile approach to fabricate MXene/metal oxide-based materials for acetone sensing, offering promising prospects in gas sensor development and showing universal significance for gas sensing fabrications.
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