过渡金属二硫化物/还原氧化石墨烯范德华异质结的高效合成及其对NO2检测的卓越敏感性研究

为解决传统NO2传感器高工作温度、低灵敏度的问题，研究人员通过浸渍法构建了TMDs（WS2/MoS2）/RGO范德华异质结。该材料在室温下对NO2表现出超高灵敏度（5.7%@150 ppb）和0.2 ppb理论检测限，其性能提升源于异质结电子耗尽层与3D-RGO的高比表面积协同作用，为智能环境监测技术发展提供了新思路。

　　

随着工业排放加剧，氮氧化物(NO_x)污染已成为全球性环境问题。其中二氧化氮(NO₂)作为典型大气污染物，其环境浓度限值仅为20 ppb，但现有半导体传感器普遍存在工作温度高、检测限不足等问题。传统金属氧化物传感器虽成本低廉，但需在高温下工作且仅能实现ppm级检测；而新兴的二维过渡金属二硫化物(TMDs)虽具有高比表面积和丰富活性位点，却面临导电性差、选择性不足的瓶颈。

针对这一挑战，国防科技大学的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表创新研究。他们巧妙地将二维TMDs纳米片（WS₂/MoS₂）与三维还原氧化石墨烯(RGO)复合，通过简单的浸渍法构建出新型范德华(van der Waals)异质结。这种设计既保留了TMDs的活性位点，又利用RGO的三维框架防止纳米片堆叠，同时通过异质结界面的内置电场显著提升气体吸附能力。

研究团队采用原子力显微镜(AFM)确认所用TMDs为单层结构（WS₂厚度1.6 nm，MoS₂厚度1.0 nm），通过调控浸渍液浓度（1-6 mg/mL）精确控制异质结组成。X射线光电子能谱(XPS)证实异质结中成功形成Mo-S-C键合界面，拉曼光谱则显示复合材料兼具TMDs特征峰（如MoS₂的384 cm^-1 E¹_2g模）和RGO的D/G峰。

制备方法创新性
通过优化浸渍工艺，研究人员发现4 mg/mL MoS₂分散液制备的MoS₂/RGO-4性能最优。该材料在室温下对150 ppb NO₂响应高达5.7%，理论检测限突破至0.2 ppb，远超纯RGO基传感器。选择性实验显示其对NO₂的响应值是其他干扰气体（NH₃、H₂S等）的3-10倍。

性能提升机制
研究揭示其卓越性能源于双重效应：一是异质结界面的电子耗尽层大幅提升NO₂吸附能力；二是3D-RGO的多孔结构提供高达892 m²/g的比表面积，暴露更多活性位点。电化学阻抗谱(EIS)证实复合材料的电荷转移电阻比纯材料降低约80%，这解释了其快速响应（<60秒）的特性。

这项研究为开发新一代智能气体传感器提供了重要范式。所提出的浸渍法工艺简单、成本低廉，易于规模化生产。特别是材料在室温下的卓越性能，使其在工业排放监测、智能家居等领域具有广阔应用前景。胡天娇副教授团队的工作不仅推动了二维材料异质结在传感领域的发展，更为实现"双碳"目标下的精准环境监测提供了关键技术支撑。