2D/2D {001}TiO2-/Ti3C2T composite with ultra-high sensing performance for NO2 at room temperature

材料科学 MXenes公司 复合数 异质结 肖特基势垒 退火(玻璃) 密度泛函理论 选择性 热液循环 复合材料 化学工程 纳米技术 光电子学 化学 计算化学 生物化学 二极管 工程类 催化作用
作者
Siwei Liu,Mingyuan Wang,Zhiping Liang,Xiangzhao Zhang,Shuangying Lei,Shahid Hussain,Mingsong Wang,Guanjun Qiao,Junlin Liu,Guiwu Liu
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier BV]
卷期号:404: 135258-135258 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.snb.2023.135258
摘要

The remarkable electrical conductivity, abundance of surface functional groups, and large specific surface area make 2D MXenes-based heterostructures highly promising for room temperature gas sensing applications. However, these MXenes-based heterojunctions composed of different materials may suffer from issues, such as crystal incompatibility and bandgap mismatch. Herein, the {001}TiO2-x/Ti3C2Tx composite was prepared in situ by hydrothermal process and subsequent annealing. The {001} facets of TiO2 and oxygen vacancies that provide a heightened exposure of active sites in the composite and more gas diffusion channels, as well as the formation of Schottky barriers between {001}TiO2 nanosheets and Ti3C2Tx, can synergistically enhance the gas performance. The experimental results show that the {001}TiO2-x/Ti3C2Tx composite exhibits 1.9 and 27.5 times higher than the {001}TiO2/Ti3C2Tx composite and pristine Ti3C2Tx to 10 ppm NO2 at room temperature, respectively. Moreover, the {001}TiO2-x/Ti3C2Tx composite presents the great linear response (R2 = 0.99509), selectivity, repeatability and long-term stability to NO2. Density functional theory (DFT) calculations reveal the strong interactions between the {001}TiO2-x/Ti3C2Tx and NO2, indicating excellent sensitivity and selectivity of the composite material towards NO2. This work provides an effective way to construct a series of oxygen-defective Ti3C2Tx-based composites with exposed high-energy facets for enhanced gas sensing performances.
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