MXene的原子表面工程技术实现低温下的稳定氢气传感

《Small》：Atomic Surface Engineering of MXene for Stable Hydrogen Sensing at Low Temperature

MXenes通过表面工程结合ZnO和Pd纳米颗粒实现高效氢气传感，ALD技术增强抗氧化性并降低反应能垒。

　　

摘要

MXenes作为一种二维（2D）材料，在气体传感应用中展现出巨大潜力，这得益于它们卓越的导电性、丰富的表面官能团以及可调节的表面化学性质。然而，MXene传感器的实际应用受到其表面金属原子在常温环境下快速氧化降解的严重阻碍。为了解决这一问题，研究人员采用原子层沉积（ALD）技术，在Ti₃C₂T_x MXene表面沉积了ZnO和Pd，实现了原子级别的表面工程改造。ZnO涂层选择性地生长在富含羟基的边缘或表面上，兼具双重功能：一方面作为高效的氧化屏障，保护MXene的导电性；另一方面促进电荷传输。同时，Pd纳米粒子作为高活性催化剂，显著提升了H₂的解离效率。这种协同设计使得MXene传感器在室温下的气体传感性能表现出色。优化后的Pd-ZnO/MXene传感器响应速度快（23秒内可检测到50 ppm的H₂），性能优于大多数已报道的MXene基传感器。密度泛函理论（DFT）验证了Pd的双重催化作用，显著降低了H₂解离以及H₂在ZnO表面的吸附/解离能量障碍，这是其在低温下保持高活性的关键。这种基于ALD的技术为制备性能稳定、可靠性高的MXene传感器提供了通用平台，推动了其在氢能安全和清洁能源领域的实际应用。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。