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2D/2D Dy2O3 Nanosheet/MoO3 Nanoflake Heterostructures for Humidity-Independent and Sensitive Ammonia Detection
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2023-10-20 , DOI: 10.1021/acssensors.3c01609
Yi Ou 1 , Yong Zhou 1 , Yongcai Guo 1 , Wen Niu 1 , Yanjie Wang 1 , Min Jiao 1 , Chao Gao 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2023-10-20 , DOI: 10.1021/acssensors.3c01609
Yi Ou 1 , Yong Zhou 1 , Yongcai Guo 1 , Wen Niu 1 , Yanjie Wang 1 , Min Jiao 1 , Chao Gao 1
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Chemiresistive ammonia gas (NH3) sensors have been playing a significant role in the fields of environmental protection, food safety monitoring, and air quality evaluation. Nevertheless, balancing the high sensitivity and humidity tolerance remains challenging. Herein, the two-dimensional (2D) heterostructures of molybdenum trioxide (MoO3) nanoflakes decorated with dysprosium oxide (Dy2O3) nanosheets (termed Dy2O3/MoO3) were synthesized via a facile probe-sonication method. With respect to pristine MoO3 counterparts, the optimal Dy2O3/MoO3 sensors possessed a 4.49-fold larger response at a lower temperature (30.52@328.2 °C vs 6.8@369.7 °C toward 10 ppm of NH3), shorter response/recovery times (11.6/2.9 s vs 26.9/43.4 s), 52.6-fold higher sensitivity (17.35/ppm vs 0.33/ppm), and a lower theoretical detection limit (1.02 vs 32.82 ppb). Besides the nice reversibility, wide detection range (0.45–100 ppm) and robust long-term stability, inspiringly, the Dy2O3/MoO3 sensors showed a nearly humidity-independent response. These impressive improvements in the NH3-sensing performance were attributed to numerous heterojunctions to strengthen the carrier concentration modulation and the compensation/protection effect of Dy2O3 to mitigate the humidity effect. Moreover, the Dy2O3/MoO3 sensors showed preliminary application potential in monitoring pork freshness. This work provides a universal methodology for constructing NH3 gas sensors with high sensitivity and good humidity resistance and probably extends the application scenarios of MoO3-based sensors in the Internet of Things in the future.
中文翻译：
用于不受湿度影响且灵敏的氨检测的 2D/2D Dy2O3 纳米片/MoO3 纳米片异质结构
化学电阻式氨气（NH 3 ）传感器在环境保护、食品安全监测、空气质量评价等领域发挥着重要作用。然而，平衡高灵敏度和耐湿性仍然具有挑战性。在此，通过简单的探针超声处理方法合成了用氧化镝（Dy 2 O 3 ）纳米片（称为 Dy 2 O 3 /MoO 3 ）装饰的三氧化钼（MoO 3 ）纳米片的二维（2D）异质结构。相对于原始 MoO 3传感器，最佳 Dy 2 O 3 /MoO 3传感器在较低温度下具有 4.49 倍的响应（30.52@328.2 °C vs 6.8@369.7 °C，对于 10 ppm NH 3 ），更短响应/恢复时间（11.6/2.9 s vs 26.9/43.4 s）、灵敏度提高 52.6 倍（17.35/ppm vs 0.33/ppm）以及更低的理论检测限（1.02 vs 32.82 ppb）。除了良好的可逆性、宽检测范围 (0.45–100 ppm) 和强大的长期稳定性之外，令人鼓舞的是，Dy 2 O 3 /MoO 3传感器表现出几乎与湿度无关的响应。 NH 3传感性能的这些令人印象深刻的改进归因于大量异质结，以加强载流子浓度调制和Dy 2 O 3的补偿/保护作用，以减轻湿度影响。此外，Dy 2 O 3 /MoO 3传感器在猪肉新鲜度监测方面显示出初步的应用潜力。 这项工作为构建高灵敏度和良好耐湿性的NH 3气体传感器提供了一种通用的方法，并可能扩展未来基于MoO 3的传感器在物联网中的应用场景。
更新日期：2023-10-20
中文翻译：
用于不受湿度影响且灵敏的氨检测的 2D/2D Dy2O3 纳米片/MoO3 纳米片异质结构
化学电阻式氨气（NH 3 ）传感器在环境保护、食品安全监测、空气质量评价等领域发挥着重要作用。然而，平衡高灵敏度和耐湿性仍然具有挑战性。在此，通过简单的探针超声处理方法合成了用氧化镝（Dy 2 O 3 ）纳米片（称为 Dy 2 O 3 /MoO 3 ）装饰的三氧化钼（MoO 3 ）纳米片的二维（2D）异质结构。相对于原始 MoO 3传感器，最佳 Dy 2 O 3 /MoO 3传感器在较低温度下具有 4.49 倍的响应（30.52@328.2 °C vs 6.8@369.7 °C，对于 10 ppm NH 3 ），更短响应/恢复时间（11.6/2.9 s vs 26.9/43.4 s）、灵敏度提高 52.6 倍（17.35/ppm vs 0.33/ppm）以及更低的理论检测限（1.02 vs 32.82 ppb）。除了良好的可逆性、宽检测范围 (0.45–100 ppm) 和强大的长期稳定性之外，令人鼓舞的是，Dy 2 O 3 /MoO 3传感器表现出几乎与湿度无关的响应。 NH 3传感性能的这些令人印象深刻的改进归因于大量异质结，以加强载流子浓度调制和Dy 2 O 3的补偿/保护作用，以减轻湿度影响。此外，Dy 2 O 3 /MoO 3传感器在猪肉新鲜度监测方面显示出初步的应用潜力。 这项工作为构建高灵敏度和良好耐湿性的NH 3气体传感器提供了一种通用的方法，并可能扩展未来基于MoO 3的传感器在物联网中的应用场景。
京公网安备 11010802027423号