MOF衍生ZnO/Ti3C2Tx MXene异质结构实现H2/NO2双气体ppb级超快检测与健康防护新策略

本文创新性地利用MOF衍生ZnO与Ti3C2Tx MXene构建异质结传感器，通过界面电荷调控通道实现H2（80°C响应3.2秒）和NO2（180°C响应4秒）的双气体超快检测，为氢能源安全与有毒气体监测提供突破性解决方案。

　　

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Materials

盐酸（HCl, 36-38 wt%）、氟化锂（LiF, 99.9%）、Ti₃AlC₂粉末（~400目, 99.99%）、六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O, 99.0%）、对苯二甲酸（C₈H₆O₄, 99.5%）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB, 99.0%）均购自阿拉丁化学有限公司（中国上海），未经进一步纯化直接使用。传感测试涉及的挥发性有机物包括三乙胺（99.0%）、氨水（25%）、异丙醇（99.7%）、丙酮（99.5%）、乙腈（99.9%）、苯（99.5%）等。

Sample Characterization

通过XRD对合成的Ti₃AlC₂ MAX相和酸蚀Ti₃C₂T_x MXene进行分析：在2θ = 9.49°和18.45°处观察到两个主衍射峰，分别对应Ti₃AlC₂的（002）和（004）晶面（PDF #52-0875）。酸蚀后MXene的（002）峰向低角度偏移至6.9°，（004）峰强度显著增强（图1a）。38.76°处峰的消失表明原始晶体中的铝层被选择性去除，成功制备出少层MXene纳米片。

Conclusion

本研究提出了一种创新的界面工程策略，成功构建了ZnO/Ti₃C₂T_x MXene异质结构，实现了单一器件对H₂和NO₂的高效检测，突破了传统多器件阵列的局限性。MOF衍生的ZnO纳米粒子均匀组装在少层Ti₃C₂T_x MXene片上，形成三维导电异质结网络，展现出卓越的双气体响应特性。该传感器在低至80°C时对500 ppb H₂具有23.17%的超快响应（3.2秒），在180°C时对500 ppb NO₂表现出46.3%的显著响应（4秒）。通过密度泛函理论（DFT）计算和原位拉曼光谱揭示了异质结在双气体检测中的电子相互作用机制，为智能自适应气体传感系统的构建开辟了新路径。