原子层沉积ZnO电子调控SnS2纳米片实现高效NO2气体传感

研究人员针对TMDs（过渡金属二硫化物）气体传感器响应低、恢复慢的难题，通过ALD（原子层沉积）技术在SnS2表面可控生长ZnO构建异质结，实现室温至90°C下对NO2的高响应（63@5ppm）、快速恢复（93/82s）及优异选择性，为TMDs/MOSs（金属氧化物半导体）协同传感提供新策略。

　　

氮氧化物污染是威胁环境和健康的重要问题，其中NO₂作为典型污染物，传统金属氧化物半导体（MOSs）传感器需高温工作且选择性差，而新兴过渡金属二硫化物（TMDs）虽能在低温工作却面临响应弱、恢复慢的瓶颈。青岛大学的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，通过原子层沉积（ALD）技术精准调控ZnO在SnS₂纳米片表面的生长，构建出性能卓越的SnS₂/ZnO异质结气体传感器。

研究采用水热法合成SnS₂纳米片基底，结合ALD循环次数（20-60次）调控ZnO厚度，通过XRD、TEM和XPS表征材料结构，并利用DFT计算揭示硫空位、氧空位与异质结的协同作用机制。

结构表征显示40次ALD循环的SnS₂/ZnO异质结成功保留SnS₂六方晶系（JPCDS 23–0677），同时出现ZnO（002）和（101）晶面衍射峰。TEM证实ZnO均匀包覆SnS₂形成紧密界面，XPS证实硫空位和氧空位的共存。

传感性能测试表明，40循环样品在90°C对5ppm NO₂响应值达63，是纯SnS₂（4.1）的15.3倍，响应/恢复时间缩短至93/82秒（原115/192秒）。选择性实验显示其对NO₂的抗干扰能力显著优于丙酮、乙醇等气体。

DFT计算阐明三重增强机制：硫空位促进NO₂吸附，氧空位提升ZnO电子供给能力，异质结界面形成内建电场加速电荷转移。能带分析显示SnS₂/ZnO的II型能带排列使电子-空穴对高效分离。

该研究创新性地通过ALD实现TMDs/MOSs异质结的低温可控构建，突破传统高温工艺导致TMDs氧化的限制。SnS₂/ZnO传感器在低功耗（90°C）下兼具高响应、快速恢复和优异选择性，为环境监测和健康防护提供新方案。DFT从原子尺度揭示缺陷工程与异质结的协同效应，为新型传感材料设计提供理论指导。