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Liquid-tin-printed two-dimensional SnO for optoelectronic NO2 gas sensing at room temperature
Journal of Materials Chemistry C ( IF 5.7 ) Pub Date : 2023-09-18 , DOI: 10.1039/d3tc02762g Yin Fen Cheng 1 , Zhong Li 1, 2 , Min Zhang 1 , Hua Guang Xie 1 , Tao Tang 1 , Yi Liang 1 , Xuan Xing Wang 1 , Kai Xu 3 , Bao Yue Zhang 3 , Azhar Ali Haidry 4 , Jian Zhen Ou 1, 3
Journal of Materials Chemistry C ( IF 5.7 ) Pub Date : 2023-09-18 , DOI: 10.1039/d3tc02762g Yin Fen Cheng 1 , Zhong Li 1, 2 , Min Zhang 1 , Hua Guang Xie 1 , Tao Tang 1 , Yi Liang 1 , Xuan Xing Wang 1 , Kai Xu 3 , Bao Yue Zhang 3 , Azhar Ali Haidry 4 , Jian Zhen Ou 1, 3
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High-performance gas sensors have been developed to meet the demand for trace detection of NO2, given the adverse effects of NO2 on the environment and human health. Two-dimensional (2D) metal oxides are considered an emerging class of NO2-sensitive materials. However, their controllable synthesis and poor recovery are two major obstacles to practical NO2 sensing applications. In this study, we prepare tailorable 2D p-type SnO nanosheets with thicknesses between 1.5 and 3 nm by precisely controlling self-limiting oxidation over the liquid Sn surface. At an oxygen concentration of 0.05%, 2D SnO nanosheets exhibit a lateral dimension as large as 100 μm with a thickness of 1.5 nm, which can be facilely integrated into a field-effect transistor (FET) platform to form 2D devices. The NO2 sensing performance of 2D SnO at room temperature is investigated under excitation of a broad range of UV-Visible light. The optimum response magnitude to 10 ppm NO2 is achieved at ∼205% at 450 nm excitation with excellent reversibility. In addition, the selectivity for NO2 is also explored, indicating an up to one order enhancement over those of CO2, NH3, H2, H2S, CO, and CH4. We ascribe this improved performance to the optimum band alignment between 1.5 nm-thick SnO and NO2 gas molecules. This work provides a feasible approach to prepare 2D metal oxide nanosheets and demonstrates that they have great potential for fully reversible gas sensing at room temperature.
中文翻译：
用于室温光电 NO2 气体传感的液态锡印刷二维 SnO
鉴于NO 2对环境和人类健康的不利影响，高性能气体传感器被开发来满足NO 2 痕量检测的需求。二维(2D)金属氧化物被认为是一类新兴的NO 2敏感材料。然而，它们的可控合成和较差的回收率是NO 2实用化的两大障碍。传感应用。在这项研究中，我们通过精确控制液态 Sn 表面的自限氧化，制备了厚度在 1.5 至 3 nm 之间的可定制 2D p 型 SnO 纳米片。在氧浓度为0.05%时，2D SnO纳米片的横向尺寸高达100 μm，厚度为1.5 nm，可以轻松集成到场效应晶体管（FET）平台中形成2D器件。在广泛的紫外-可见光激发下研究了室温下二维 SnO 的NO 2传感性能。在 450 nm 激发下，对 10 ppm NO 2的最佳响应幅度约为 205%，具有出色的可逆性。此外，NO 2的选择性还进行了探索，表明比 CO 2、NH 3、H 2、H 2 S、CO 和 CH 4的增强高达一个数量级。我们将这种改进的性能归因于 1.5 nm 厚的 SnO 和 NO 2气体分子之间的最佳能带排列。这项工作提供了一种制备二维金属氧化物纳米片的可行方法，并证明它们在室温下完全可逆气体传感方面具有巨大潜力。
更新日期：2023-09-18
中文翻译：
用于室温光电 NO2 气体传感的液态锡印刷二维 SnO
鉴于NO 2对环境和人类健康的不利影响，高性能气体传感器被开发来满足NO 2 痕量检测的需求。二维(2D)金属氧化物被认为是一类新兴的NO 2敏感材料。然而，它们的可控合成和较差的回收率是NO 2实用化的两大障碍。传感应用。在这项研究中，我们通过精确控制液态 Sn 表面的自限氧化，制备了厚度在 1.5 至 3 nm 之间的可定制 2D p 型 SnO 纳米片。在氧浓度为0.05%时，2D SnO纳米片的横向尺寸高达100 μm，厚度为1.5 nm，可以轻松集成到场效应晶体管（FET）平台中形成2D器件。在广泛的紫外-可见光激发下研究了室温下二维 SnO 的NO 2传感性能。在 450 nm 激发下，对 10 ppm NO 2的最佳响应幅度约为 205%，具有出色的可逆性。此外，NO 2的选择性还进行了探索，表明比 CO 2、NH 3、H 2、H 2 S、CO 和 CH 4的增强高达一个数量级。我们将这种改进的性能归因于 1.5 nm 厚的 SnO 和 NO 2气体分子之间的最佳能带排列。这项工作提供了一种制备二维金属氧化物纳米片的可行方法，并证明它们在室温下完全可逆气体传感方面具有巨大潜力。
京公网安备 11010802027423号