室温下光增强型 In2O3/MXene 柔性传感器：超灵敏检测 NO2的新突破

为解决传统金属氧化物气体传感器需高温运行、MXene 单独使用时选择性和气体反应性受限等问题，研究人员开展 In2O3/MXene 基柔性气体传感器研究。结果显示该传感器室温下对 NO2检测性能优异。这为可穿戴气体传感应用带来新可能。

　　

在当今科技飞速发展的时代，空气质量监测对人们的健康至关重要。氮氧化物作为大气污染物的重要组成部分，其中二氧化氮（NO₂）的危害不容小觑。它主要来源于石化、火电、钢铁制造等工业活动以及汽车尾气排放。一旦被人体吸入，NO₂会引发肺部和呼吸道疾病，尤其对儿童、老人和哮喘患者等敏感人群，即使低至约 200 ppb 的浓度也会产生不良影响。因此，研发能够在超痕量水平下检测 NO₂的高灵敏度气体传感器迫在眉睫。

传统的基于金属氧化物的气体传感器虽然有成本效益高、表面积大、操作简便、功耗低以及响应和恢复时间快等优点，但通常需要在高温（一般高于 200°C）下运行，这不仅增加了功耗，还限制了其实际应用场景。而二维材料 MXene，具有大比表面积和丰富表面官能团，利于气体分子吸附，其金属导电性也有助于气体吸附 - 脱附过程中的电子转移，并且具备良好的机械性能，适合用于柔性可穿戴设备的气体传感。然而，MXene 单独作为传感材料时，在对特定气体的选择性和气体反应性方面存在局限。

为了解决这些问题，韩国研究人员开展了一项关于 In₂O₃/MXene 基柔性气体传感器的研究，相关成果发表在《Applied Surface Science》上。这项研究意义重大，成功开发出的光激活 In₂O₃/MXene 气体传感器，能在室温下运行，具有出色的柔韧性、稳定性和高灵敏度，为可穿戴气体传感应用开辟了新的道路。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过特定比例的氢氟酸（HF）、盐酸（HCl）和去离子水混合溶剂对 MAX（Ti₃AlC₂）粉末进行蚀刻，制备出 MXene（Ti₃C₂T_x）纳米片；然后，利用先前研究中的方法，在 MXene 表面一步合成 In₂O₃，制备出用于气体传感器的 In₂O₃/MXene 复合材料。

下面来看具体的研究结果：

• 光增强传感性能：研究发现，在紫外线（UV）照射下，该传感器展现出优异的光激活气敏性能。UV 照射增强了气体的吸附和脱附动力学，使得传感器在接触 NO₂时，电阻能快速且可逆地变化。在 5 - 100 ppb 的 NO₂浓度范围内，传感器呈现出良好的线性气敏响应，检测限（LOD）低至 0.79 ppb，这表明它具备超灵敏的检测性能，能满足实际空气质量监测的需求。
• 稳定性和选择性：作为柔性传感器，它在实际应用中表现出卓越的机械稳定性，经过 2000 多次弯曲后仍能保持良好性能。在长达 30 多天的测试中，面对外部应力，传感器也能维持长期稳定。即使在存在氨气（NH₃）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）和乙醇等常见干扰气体的环境中，该传感器对 NO₂依然保持高选择性。而且，在高湿度（70% RH）和直接暴露于水等恶劣条件下，传感器的气体检测性能依旧出色。

综合上述研究结果，该研究成功制备出光增强型柔性 In₂O₃/MXene 气体传感器，实现了室温下对 NO₂的超灵敏检测。UV 照射显著提升了传感器的吸附 - 脱附动力学，使其响应时间达到 2.97 分钟，恢复时间为 1.71 分钟。同时，传感器在高湿度和水暴露环境下保持稳定，展现出强大的实际应用潜力。这一成果为未来可穿戴设备的气体传感技术发展提供了重要参考，有望广泛应用于实时环境监测领域，让人们能够更便捷、精准地监测身边的空气质量，保障健康生活。它也为相关领域的研究开辟了新方向，激励科研人员进一步探索基于二维材料复合材料的气体传感性能优化，推动气体传感器技术向更高效、更智能的方向发展。