Two-Dimensional CrCl3-Layered Trihalide Nanoflake Sensor for the Detection of Humidity, NO2, and H2

三卤化物 材料科学 湿度 相对湿度 纳米技术 化学 无机化学 气象学 物理 卤化物
作者
Valentina Paolucci,Dario Mastrippolito,Vittorio Ricci,Hanna Świątek,Tomasz Klimczuk,L. Ottaviano,C. Cantalini
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c05051
摘要

This study demonstrates that few-layer two-dimensional (2D) CrCl3 transition-metal trihalides (TMTHs; MX3, where M = Ti, V, Cr, Mo, Fe, Ru, and X = Cl, Br, or I) exhibit promising capabilities as chemoresistive sensors for humidity and NO2, H2, and NH3 gases, representing suitable 2D interfaces for gas-sensing applications. Liquid-phase-exfoliated 2D-CrCl3 flakes spin-coated over interdigital substrates exhibit higher chemical stability than CrI3 and VI3 with an excellent reproducible and long-term stable electrical response at an operating temperature (OT) of 100 °C in dry/wet air environments. Results show that with an increase/decrease in resistance, 2D-CrCl3 exhibits p-type responses to NO2 (400 ppb to 1 ppm) and H2O (10–80% relative humidity (RH) at 25 °C), H2 (10–250 ppm), and NH3 (10–250 ppm) oxidizing/reducing gases, respectively. The humidity cross-response of 2D-CrCl3 to NO2 reveals that an environment with 40% RH improves the relative responses and limits of detection of exfoliated CrCl3. The humidity- and gas-sensing response mechanism of 2D-CrCl3 sensor explains its reversal in resistance from an ionic (OT = 25 °C) to an electronic conduction regime (OT = 100 °C) under humid air conditions. These findings provide insights and possibilities for using 2D-CrCl3 TMTHs as humidity- and gas-sensing interfaces.

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