V2CTX MXene

May 17, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3114(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

고성능, 실온 기반의 새로운 감지 재료는 가스 감지 분야의 최첨단 연구 주제 중 하나이며, 신흥 2D 적층 재료 계열인 MXenes는 독특한 특성으로 인해 광범위한 주목을 받았습니다. 이 연구에서는 실온에서 가스 감지 응용 분야를 위해 V2CTx MXene 유래 성게 유사 V2O5 하이브리드 재료(V2C/V2O5 MXene)로 만든 화학 저항성 가스 센서를 제안합니다. 준비된 센서는 실온에서 아세톤 검출을 위한 감지 재료로 사용될 때 높은 성능을 나타냈습니다. 또한 V2C/V2O5 MXene 기반 센서는 원래의 다층 V2CTx MXene(S% = 4.6%)보다 15ppm 아세톤에 대해 더 높은 반응(S% = 11.9%)을 나타냈습니다. 또한 복합 센서는 상온에서 ppb 수준(250ppb)의 낮은 검출 수준은 물론 다양한 간섭 가스에 대한 높은 선택성, 빠른 응답 복구 시간, 최소 진폭 변동으로 우수한 반복성, 뛰어난 장기 안정성을 보여주었습니다. . 이러한 향상된 감지 특성은 다층 V2C MXene에서 H-결합 형성 가능, 새로 형성된 성게 유사 V2C/V2O5 MXene 센서 복합재의 시너지 효과, V2O5와 V2C 인터페이스에서의 높은 전하 캐리어 수송에 기인할 수 있습니다. MXene.

급속한 환경 오염에 대한 인식이 높아지고 건강 진단의 중요성이 높아지면서 스마트하고 민감한 센서를 설계하는 것이 가스 감지 분야1의 선두 연구 주제가 되었습니다. 사물인터넷(IoT)의 발전으로 여러 유형의 능동 센서를 단일 네트워크에 통합할 수 있게 되었고, 스마트 기술을 통해 사용자는 임박한 위험에 대해 경고를 받을 수 있게 되었습니다2. 센서의 한 범주인 가스 센서(화학 센서의 하위 클래스)는 산업, 실내 공간 및 의료 환경에서 유해 가스 및 휘발성 유기 화합물(VOC)을 모니터링하여 인간의 안전과 보안을 향상시키는 데 중추적인 역할을 해왔습니다3 ,4,5. 또 다른 범주인 현장 진료 스마트 센싱 장치는 질병의 실시간 진단을 달성하기 위해 주목을 받고 있습니다6. 예를 들어, 인간의 호흡은 N2, O2, CO2, 수증기, 미량의 VOC(아세톤, 암모니아, 이소프렌 등), 무기 가스(H2S, CO, NO 등) 등 다양한 가스의 혼합물입니다. ). 이러한 가스는 내인성(신체 내) 또는 외인성(환경 오염 물질로부터)으로 생성됩니다7,8. 특히, 아세톤은 당뇨병 진단에 유용한 바이오마커입니다. 이는 케톤증의 대사 과정의 부산물이며 노폐물이나 호흡을 통해 몸에서 배출됩니다9. 아세톤 농도는 건강한 사람의 경우 0.2~0.9ppm, 당뇨병 환자의 경우 0.9~1.8ppm입니다10. 현지 통계에 따르면 2017년 아랍에미리트(UAE) 인구의 20~80세 인구 중 약 17.3%가 제2형 당뇨병을 앓고 있었으며 약 100만 명이 제1형 당뇨병을 앓고 있어 아랍에미리트는 세계 15위를 차지했습니다11. 고통스러울 수 있는 기존 혈당 검사와 비교할 때 호기 호흡 분석은 아세톤을 검출하는 유망하고 비침습적이며 위험하지 않고 비용 효율적인 접근 방식입니다. 따라서 호흡에서 아세톤을 감지하는 민감한 가스 센서 장치를 설계하려면 새로운 고성능 감지 재료가 필요합니다. 금속 산화물 반도체(MOXS) 기반 화학 저항기14, 탄소 나노튜브(CNT)10 및 그래핀 기반 2차원(2D) 재료15를 비롯한 새로운 재료가 VOC 및 독성 가스를 감지하는 데 사용되었습니다. 그러나 MOXS 가스 센서는 효과적인 변환기 가스 센서로 자주 사용되지만 높은 작동 온도는 상당한 실제적 장애물입니다3. 이러한 과제에 대한 솔루션으로 실온(RT) 작동 가스 감지가 목표로 삼았습니다. CNT 및 그래핀 기반 2D 재료는 RT에서 작동할 수 있지만 느린 반응과 낮은 응답 동작으로 인해 실제 응용이 방해됩니다16,17. 따라서 RT에서 작동하고 향상된 감지 특성을 나타낼 수 있는 대체 감지 재료가 필요합니다.