近日，江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院喬冠軍教授團(tuán)隊與西南交通大學(xué)歐建臻教授團(tuán)隊合作，在材料領(lǐng)域頂級期刊《美國化學(xué)會-納米》ACS Nano 在線發(fā)表題為“A 2D-0D-2D sandwich heterostructure towards high-performance room-temperature gas sensing ”的研究論文。

WS2-Au-BP異質(zhì)結(jié)的微結(jié)構(gòu)、氣敏特性、氣敏和鈍化機(jī)理及其氣體監(jiān)測系統(tǒng)

近年來，黑磷（BP）作為新興的二維材料，因具有超高的電子遷移率和高化學(xué)活性等特性而受到廣泛關(guān)注，尤其是應(yīng)用在下一代微型電子器件中。BP的高活性和在環(huán)境條件下易被氧降解一直是一對難以調(diào)和的矛盾。文章結(jié)合化學(xué)氣相輸運(yùn)、水熱和液相剝離技術(shù)，首次將貴金屬納米粒子插入二維WS2/BP范德華異質(zhì)結(jié)中間，形成一種獨特的2D-0D-2D三明治異質(zhì)結(jié)構(gòu)（WS2-Au-BP），并通過HRTEM、STEM、AFM、XPS和第一性原理計算等多角度證實該三明治結(jié)構(gòu)的形成。

理論研究表明，該結(jié)構(gòu)的形成不僅可促使BP的大部分電子只向Au顆粒和WS2轉(zhuǎn)移，而且能大幅度降低導(dǎo)帶邊，使其遠(yuǎn)低于O2/O2-的氧化還原電位；同時發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)可以大大降低對O2的吸附，并提升O2-→2O的解離能。因此，該結(jié)構(gòu)可以在保持BP活性的同時又能抑制BP薄層的降解。通過對NO2氣體傳感測試，建立了該結(jié)構(gòu)的氣敏特性與BP鈍化之間的內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)對NO2敏感性和長期穩(wěn)定性均得到了顯著提升。此外，基于該結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種便攜式氣體監(jiān)測系統(tǒng)，并對1?50 ppm NO2實現(xiàn)了實時監(jiān)測。