在高熵Bi0.5Na0.5TiO3基陶瓷中，中等电场下表现出优异的能量存储性能和介电温度稳定性

《Sustainable Horizons》：Superior energy storage performance and dielectric temperature stability in high-entropy Bi 0.5Na 0.5TiO 3-based ceramic under moderate electric fields

MXene复合气体传感器通过结合金属氧化物半导体、过渡金属二硫属化物、石墨烯等材料，有效提升了传感性能，其大比表面积和可调表面化学特性增强了对健康分析、环境监测和食品安全领域的应用潜力。

　　

Jing Yuan|Yufeng Song|Xiucun Li|Fangcheng Qiu|Haidong Xin|Guowei Zhang|Xue Liu|Yang Liu|Bowen Cheng

中国纺织工业生物基纤维制造技术国家重点实验室，高性能纤维湿法非织造材料重点实验室，天津造纸重点实验室，天津科技大学轻工科学与工程学院，天津300457，中国

摘要

随着城市发展的不断推进，大气中有害气体的种类和数量正在增加。MXene材料因其巨大的比表面积、丰富的活性位点、金属导电性以及可调的表面化学特性，在气体传感应用领域引起了广泛关注。本文简要介绍了MXene的基本特性和优势，并对不同类型的MXene复合气体传感器进行了分类和综述。最后，总结了它们在健康分析、公共安全检测和食品质量监测中的应用。通过清晰地阐述MXene的复杂组成及其气体敏感特性，本文旨在推动利用MXene技术的复合气体传感器的发展。

引言

随着社会的发展，气体传感器在工业生产安全、环境保护和个人健康方面的应用变得越来越重要[[1], [2], [3], [4]]。近年来，已经发现了许多具有气体敏感性的物质，如金属氧化物[5]、导电聚合物[6]和碳材料[7]等。其中，MXene作为一种新型二维材料，因其较大的比表面积、优异的导电性和导热性、多样的组成以及可调节的层间距而具有出色的传感性能。然而，原始MXene的气体检测能力受到其固有结构和物理特性的限制，表现为响应较弱、选择性有限、基线电阻变化较大以及环境稳定性不足。将MXene与其他材料结合使用可以显著提升其性能。包括金属氧化物半导体、过渡金属硫属化合物（TMDs）、石墨烯和导电聚合物在内的多种无机和有机材料[8]都可以与MXene集成，以增强其功能性和性能。

近年来，Sai等人概述了基于MXene的化学电阻气体传感器在柔性气体传感应用中的最新进展，探讨了气体传感的参数、原理和制造方法。Li等人详细研究了MXene的组成、制造工艺和特性，并总结了其在气体传感中的应用。

本文重点介绍了MXene复合气体传感器，讨论了它们的优势及气体传感机制，并对不同类型的MXene复合气体传感器进行了分类和综述。最后，总结了MXene基复合气体传感器在呼吸健康、环境监测和食品质量检测中的应用。

MXene的结构

MXene的结构

MXene是一种类似于石墨烯的层状二维材料，通过选择性蚀刻MAX相中的“A”原子获得（图2）。MXene的一般化学式为M_n+1X_nT_x（其中n=1,2,3），T_x表示表面终止官能团[11,12]。蚀刻和剥离过程使得MXene表面富含O、OH或F等官能团，从而增强了其亲水性[13]。此外，MXene表面的功能化对其气体传感性能至关重要。

MXene复合传感材料

尽管MXene作为气体传感器材料具有诸多优势，但纯MXene制成的气体传感器往往响应较弱、选择性有限且环境稳定性不足。研究表明，通过调整MXene的组成可以有效提升其性能。MXene的巨大比表面积提供了大量的活性位点，有利于表面反应的顺利进行。金属氧化物半导体（MOS）、过渡金属硫属化合物等材料可以与MXene结合使用，进一步提升其性能。

人类呼吸与健康分析

呼吸中的某些化学成分与患者的临床状况之间存在关联。例如，可以通过研究一组挥发性生物标志物来识别和诊断乳腺癌或肺癌[88]。基于MXene的复合气体传感器相比其他二维材料具有更高的信噪比和更低的检测限（LOD）[89]。Zhang等人合成了MXene/CNT/PEDOT:PSS复合薄膜，其中包含导电无机碳

总结

本文简要描述了MXene在机械、电学和化学性质方面的基本特性，并重点介绍了含有金属氧化物半导体、过渡金属硫属化合物、石墨烯和导电聚合物的MXene复合材料的气体传感性能。同时，也总结了这些材料在呼吸健康、环境检测和食品安全方面的应用以及气体传感技术的最新进展。

虽然MXene复合材料具有诸多优势，但在实际应用中仍存在一些局限性

作者贡献声明

Jing Yuan：撰写初稿、可视化处理、数据验证、项目管理、方法论设计、数据整理、概念构思。 Yufeng Song：审稿与编辑。 Xiucun Li：数据验证、方法论设计、数据分析。 Fangcheng Qiu：审稿与编辑、项目管理。 Haidong Xin：实验研究、撰写与编辑。 Guowei Zhang：数据分析、实验研究、撰写与编辑。 Xue Liu：撰写与编辑、项目管理、资金筹措。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52203049, 31870564）的支持。

本工作还得到了中央引导地方科技发展资金（项目编号：2022ZDD03082）的支持。