Ti3C2Tx MXene Functionalized via Boron Doped MoS2 Quantum Dots: A Synergy of Heterojunctions and Doping Effect Enabling Ultrasensitive SO2 Detection at Room Temperature

异质结 材料科学 二硫化钼 兴奋剂 量子点 纳米技术 光电子学 化学 有机化学 冶金
作者
Ayan Pal,D. R. Sharma,Pragyan Tripathi,Upanya Khandelwal,Abhishek Kumar Singh,Navakanta Bhat
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (5): e2409025-e2409025 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202409025
摘要

Abstract The design of mixed‐dimensional heterostructures has emerged to be a new frontier of research as it induces exciting physical/chemical properties that extend beyond the fundamental properties of single dimensional systems. Therefore, rational design of heterostructured materials with novel surface chemistry and tailored interfacial properties appears to be very promising for the devices such as the gas sensors. Here, a highly sensitive gas sensor device is constructed by employing heterostructures of boron doped molybdenum disulfide quantum dots (B‐MoS 2 Qdots) assembled into the matrix of Ti 3 C 2 T x MXene. Functionalization of MXene surface with B‐MoS 2 Qdots as a result of strong electrostatic attraction leads to improved charge migration behavior, active site exposure and abundant specific surface area. As a result, the Ti 3 C 2 T x /B‐MoS 2 sensor device shows ultra‐high response (28,998.3% @ 3 ppm), ultra‐fast response rate (23.1% s −1 ), sub‐ppm (10 ppb lowest) detection of sulfur dioxide (SO 2 ) gas and excellent reversibility at room temperature. Density functional theory‐based calculations indicate that enhanced SO 2 sensing performance results from synergy of the 2D‐0D heterostructure formation and preferential adsorption of SO 2 , induced by doped boron (B) heteroatoms in Qdots. Finally, a portable and wireless SO 2 monitoring system is demonstrated for real‐time detection of SO 2 leakage and quantification under certain circumstances.
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