检测SF6分解特征组分的MoS2纳米片气敏特性与机理研究

摘要：

通过水热法结合高温固相法合成片状纳米MoS2结构,并用场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscopy,FESEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)与拉曼光谱对MoS2微观形貌、晶体结构、元素组成与振动模式进行表征,将纳米MoS2通过丝网印刷法均匀涂覆于叉指电极表面制备电阻式气体传感器,测试SO2、SOF2、SO2F2和H2S共4种SF6分解特征组分的气敏响应特性,用第一性原理密度泛函理论,分析MoS2微观结构的物理化学特性,探索SF6分解组分别在MoS2表面与边缘结构的吸附性能,包括吸附能、电荷转移、吸附距离与范德华力比率等.结果显示,基于片状纳米MoS2的气体传感器对4种SF6分解组分的最佳工作温度均为200℃.在最佳工作温度下,传感器对4种SF6分解组分在0～50?10?6响应–浓度关系有高线性度(R2?0.959),理论检测极限排序为H2S?SO2?SOF2?SO2F2,大小分别为531?10?9、622?10?9、1.55?110?6与2.89?10?6.同时理论计算结果表明,MoS2边缘结构对气敏响应贡献占主导作用,且对不同SF6分解组分的不同灵敏度来源于分子与MoS2边缘结构的不同化学相互作用能与电荷转移.该研究为基于过渡金属硫化物的气敏传感器(transition metal dichalcogenides,TMDCs)检测SF6分解组分提供实验和理论支持.

关键词：MoS2纳米片、特征组分、气体传感器、密度泛函理论

所属期刊栏目：42

分类号：TM85(高电压技术)

资助基金：国家自然科学基金;湖北省重点研发计划;中国博士后创新人才支持计划

在线出版日期：2022-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：8390-8404,中插32