氮掺杂石墨烯/MoS2-xSex纳米复合材料的大面积异质结界面构建及其超灵敏NO2传感性能研究

针对二维材料在室温气体传感中灵敏度低、选择性差等问题，研究人员通过基底平面活化策略，成功构建了具有大面积异质结界面的氮掺杂石墨烯(NG)/MoS2-xSex纳米复合材料。该传感器对50 ppm NO2的响应达24.3（25℃），较单一材料提升3.1-16.5倍，并实现ppb级检测限，为环境监测和健康防护提供了高性能解决方案。

　　

【研究背景】
氮氧化物(NO₂)作为典型的大气污染物，不仅会引发酸雨和臭氧层破坏，更可直接导致人类呼吸系统损伤甚至肺纤维化。美国环保署规定其小时暴露限值仅为100 ppb，但现有传感器在室温下普遍存在响应低、恢复慢等瓶颈。二维材料虽具有室温传感潜力，但石墨烯的强sp²杂化键不利于气体吸附，而过渡金属硫族化合物(TMDs)的载流子浓度不足。如何通过材料设计突破这些限制，成为当前研究的关键挑战。

【研究方法】
陕西某高校的Mingli Yin团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，采用两步生长-退火法构建了NG/MoS_2-xSe_x异质结构。通过热缩聚法制备氮掺杂石墨烯，再经水热反应合成MoS_2-xSe_x合金纳米片。利用TEM、HRTEM、XRD等技术表征界面结构，并通过气敏测试系统评估传感器性能。

【研究结果】

1. 材料合成与表征：
   TEM显示MoS_2-xSe_x纳米片紧密包覆NG支架形成大面积异质结，XPS证实N成功掺杂至石墨烯晶格，Raman光谱揭示复合材料存在强界面耦合效应。

2. 气敏性能：
   最优的50-NG/MoS_2-xSe_x传感器对50 ppm NO₂响应值达24.3，实际检测限低至10 ppb。其性能提升源于：①NG的催化活性促进NO₂吸附；②MoS_2-xSe_x中MoO₂组分增强电荷转移；③异质结界面形成内建电场。

3. 选择性与稳定性：
   该传感器对NO₂的选择性优于NH₃、H₂S等干扰气体，且在30天测试中保持90%以上初始响应。

【结论与意义】
该研究通过基底活化策略首次实现NG与MoS_2-xSe_x的大面积界面键合，创制出室温高性能NO₂传感器。其创新点在于：①元素掺杂与合金化协同激活材料基底平面；②异质结界面工程优化电荷传输路径。这项工作为二维材料在环境监测领域的应用提供了新思路，尤其适用于易燃易爆场景的低功耗传感需求。