基于RuO2/MoS2复合材料的室温高效化学电阻型NO2气体传感器研究

为解决传统NO2传感器选择性低、工作温度高、响应/恢复慢等问题，研究人员通过低温水热法合成RuO2/MoS2复合材料，开发出室温下高灵敏度（19.35%@13 ppm）、快速响应（87 s）/恢复（22 s）的化学电阻型传感器，为环境监测提供新方案。

　　

氮氧化物污染已成为现代工业社会的重大环境挑战，其中二氧化氮（NO₂）作为机动车尾气和工业排放的主要副产物，不仅导致酸雨和光化学烟雾，更在1 ppm浓度下即可对人体呼吸系统造成不可逆损伤。尽管现有金属氧化物半导体（MOS）传感器能检测NO₂，但其依赖200-300°C高温工作环境，存在能耗高、安全性差等瓶颈。过渡金属二硫化物（如MoS₂）虽具备室温传感潜力，但单一材料仍面临灵敏度不足等问题。

韩国国立研究基金会支持的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表成果，创新性地将二维MoS₂与高导电性RuO₂纳米颗粒复合，通过低温水热法（200°C）构建异质结结构，开发出性能优异的室温NO₂传感器。研究采用温度依赖性输运测量确定肖特基势垒高度（SBH），结合FESEM、XRD、XPS等技术系统表征材料特性。

【材料制备】通过优化钠钼酸盐与氯化钌的摩尔比，在水热反应中实现RuO₂纳米颗粒在MoS₂片层上的均匀分布，形成紧密接触的异质界面。

【形貌表征】FESEM显示RuO₂颗粒（20-50 nm）环绕MoS₂纳米片生长，XRD证实复合材料保持六方晶系（2H-MoS₂）和金红石相（RuO₂）的结晶性。

【性能测试】传感器在13-500 ppm NO₂范围内呈现浓度依赖性响应，室温下对13 ppm NO₂响应值达19.35%，远超纯MoS₂器件（约5%）。动态测试显示87秒响应/22秒恢复的快速动力学，归因于RuO₂促进的电荷分离和MoS₂大比表面积的协同效应。

【机制分析】通过Arrhenius曲线计算得异质结SBH为0.12 eV，证实RuO₂的金属特性有效降低了MoS₂的载流子传输势垒。XPS揭示界面处Mo⁴⁺→Mo⁶⁺的氧化态变化，表明电子从MoS₂向RuO₂转移，形成内置电场增强气体吸附。

该研究通过精准设计RuO₂/MoS₂纳米异质结，首次实现室温下高灵敏、快速响应的NO₂检测，解决了传统传感器能耗高、响应慢的行业难题。由Anupom Devnath、Seunghyun Lee等学者合作完成的这项工作，不仅为环境监测提供了新型传感材料，其揭示的界面电荷调控机制更为开发其他气体传感器提供了普适性策略。特别值得注意的是，材料在模拟大气环境（21% O₂）中保持稳定性，具备实际应用潜力，有望推动智能环境监测系统的发展。