氮掺杂与金纳米颗粒协同增强Ti3C2Tx MXene氨气传感器性能的机制研究及其在牛肉新鲜度检测中的应用

（编辑推荐）本研究通过氮（N）掺杂和金纳米颗粒（AuNPs）负载策略，显著提升了Ti3C2Tx MXene对NH3的传感性能，解决了基线漂移、选择性差等问题。传感器响应达68.3%（100 ppm），响应/恢复时间仅9/8秒，检测限低至69 ppb，并成功应用于牛肉新鲜度监测。DFT计算揭示了电子转移机制，为高性能MXene传感器设计提供新思路。

　　

Highlight

Ti₃C₂T_x-N-Au传感器通过氮（N）掺杂和金纳米颗粒（AuNPs）负载实现性能突破：

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  N掺杂：取代表面-OH形成-NH_x，加速NH₃脱附；晶格位错增强吸附能力

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  AuNPs催化：通过Schottky结（Au/Ti₃C₂T_x）促进电荷转移，提升响应速度

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  超灵敏检测：69 ppb级检测限，9秒快速响应，完美适配肉类腐败监测需求

Results and discussions

SEM/TEM显示Ti₃C₂T_x-N4-Au2保持层状结构，AuNPs均匀分布（图2）。XPS证实N成功掺杂取代C原子，形成Ti-N键。传感器对100 ppm NH₃响应高达68.3%，远超未改性样品。

Gas Sensitive Mechanisms

DFT计算揭示：

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  AuNPs的化学/电子敏化效应（5.4 eV功函数）形成电荷转移通道

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  N掺杂降低NH₃吸附能（-1.23 eV→-0.89 eV），加速脱附

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  "Au-NH₃-Ti₃C₂T_x"三位一体电荷转移模型（图9）

Conclusions

该研究为MXene传感器设计提供创新范式：N掺杂与贵金属负载协同优化电子结构，在食品安全监测领域展现重大应用潜力。