综述：表面工程二维纳米材料在气体传感器中的进展与挑战

这篇综述全面探讨了表面工程策略在二维纳米材料（如TMDs、MXene、BP等）气体传感器中的应用进展，重点分析了缺陷调控、掺杂工程、表面功能化等技术对材料传感性能（4S特性：选择性/Selectivity、灵敏度/Sensitivity、响应速度/Speed、稳定性/Stability）的提升机制，并展望了该领域面临的挑战与未来发展方向。

　　

二维纳米材料的表面工程策略

近年来，二维纳米材料因其独特的物理化学性质在气体传感领域崭露头角。通过表面工程手段如缺陷调控、元素掺杂和异质结构建，研究者们成功克服了传统材料选择性差、稳定性不足等瓶颈。以二硫化钼（MoS₂）为代表的过渡金属硫族化合物（TMDs），通过硫空位引入可使其对NO₂的检测限低至0.2 ppm，响应值提升至226%。

活性位点工程

原子级缺陷构筑是增强气体吸附的有效途径。通过氦离子辐照在MoS₂中引入钼-硫双空位，可使NH₃传感响应提升340%。垂直取向的WS₂纳米墙比平面结构多暴露85%的边缘活性位，对H₂S的响应速度加快3倍。理论计算表明，缺陷位点对NO₂的吸附能比完整晶面高1.8 eV，这为设计高灵敏度传感器提供了理论依据。

掺杂调控技术

杂原子掺杂可精准调控材料电子结构。氮掺杂MoSe₂通过引入浅能级缺陷，将NH₃响应值提升430%。有趣的是，碳掺杂MoS₂纳米分支展现出ppt级NO₂检测能力，这归因于碳原子同时作为生长模板和电子传输桥梁的双重作用。贵金属（Au、Pt）纳米粒子修饰则通过电子敏化效应，使WS₂对CO的响应时间缩短至15秒。

MXene材料的表面改性

MXene的终端基团（-OH、-F等）是气体吸附的活性中心。通过Na⁺插层可将Ti₃C₂T_x的层间距从0.98 nm扩大至1.26 nm，使丙酮响应提升9.99倍。单原子铈（Ce）修饰的SnS/SnS₂异质结通过形成Sn-S-Ce键，既抑制了氧化又创造了新的吸附位点，对NO₂的检测限达1 ppb。

氮化物传感器的功能化创新

六方氮化硼（hBN）基底转移的MoS₂器件比传统SiO₂基底的噪声降低60%。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）经硼掺杂后，表面声波传感器对NO₂的检测限降至7.9 ppb。而铕（Eu）单原子修饰的g-C₃N₄通过f电子轨道与VOCs的特异性作用，实现了对苯系物的选择性识别。

黑磷的稳定性突破

针对黑磷（BP）的环境不稳定性，氟烷基硅烷功能化处理使其水接触角从65°增至121°，在95%RH环境下仍保持NO₂响应稳定性。镍纳米粒子包覆策略则通过形成P-Ni配位键，将BP器件的空气中寿命延长至4周，为实际应用扫清了障碍。

未来展望

当前研究仍面临三大挑战：材料批次重复性（±15%性能波动）、器件集成工艺成熟度（<60%良品率）以及长期稳定性（>1000小时测试数据缺乏）。新兴的单原子催化剂工程和人工智能辅助材料设计，有望在下一代智能气体传感器中实现突破。