2023年第23卷第4期专论与综述DOI:10.3969/j.issn.1672-7932.2023.04.001编辑倪桂才SAFETYHEALTH&ENVIRONMENT1基于二维过渡金属材料的气体传感研究进展∗邱长坤(中石化安全工程研究院有限公司化学品安全控制国家重点实验室,山东青岛266104)收稿日期:2022-11-30作者简介:邱长坤,工程师,2021年博士毕业于中国科学院化学研究所物理化学专业,现就职于中石化安全工程研究院有限公司,主要从事气体传感材料的设计与研发工作。∗基金项目:国家自然科学基金(52003297),基于三维石墨烯/金属氧化物的自加热型气体传感器制备及其硫化氢气敏性能研究。摘要:基于二维过渡金属材料(MXene)突出的高导电性、高机械强度和强吸附性能,聚焦于二维MXene材料在气体传感领域的应用,重点概述了MXene的选择性刻蚀制备方法与理化性质(热/化学稳定性、机械性能、电学性能),总结了MXene及其复合材料在气体传感中的研究进展,分析了MXene气敏材料的传感机制,总结了二维MXene用于气敏领域在材料设计、传感机理等方面存在的机遇和挑战。关键词:过渡金属材料;二维MXene;材料制备;气体传感;气敏材料中图分类号:TG178文献标识码:A文章编号:1672-7932(2023)04-001-100前言近年来,由于工业生产的发展,环境污染问题变得尤为严重。排放的污染气体会对环境和人体健康产生不良影响。开发灵敏度高、响应/恢复速度快、选择性好、工作温度低的传感材料,实现气体浓度的实时监测,避免污染气体带来的安全隐患具有重要意义。目前,已经研究和开发了多种气体传感材料,如金属氧化物[1]、碳材料[2]、导电聚合物、金属有机框架材料、稀土氧化物等。在众多传感材料中,二维材料(二硫化钼、黑磷、二维MXene等)由于比表面积大、活性吸附位点多,在气体传感材料中表现突出(响应速度快、灵敏度高、可实现室温工作),具有广阔的应用前景[3]。其中,MXene是2011年发现的一种新型二维纳米材料。2011年,Naguib,等[4]将Ti3AlC2粉末和TiC粉末混合加热,通过HF去除Al层得到了二维多层纳米结构—Ti3C2Tx,命名为MXene。MXene的通式为Mn+1XnTx(n=1、2或3),其中M表示前过渡金属元素(如Ti、V、Sc、Cr等);X代表碳或氮;Tx是-OH、-O、-F等表面官能团,MXene是通过刻蚀掉其前驱体MAX相中的A元素得到的(图1)。作为一种高性能的材料,MXene在储能、超级电容器、光催化、气体传感等领域中应用广泛。由于其优良的电学与机械性能(高导电性、水分散性、大比表面积、高效的电磁干扰屏蔽能力),在传感器领域正逐步取代传统的传感器材料。MXene的...
