V2CTX MXene

May 17, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3114 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

高性能の室温ベースの新しいセンシング材料は、ガスセンシング分野における最前線の研究トピックの 1 つであり、新興 2D 層状材料ファミリーである MXenes は、その独特の特性により幅広い注目を集めています。 この研究では、室温でのガス検知アプリケーション向けに、V2CTx MXene 由来のウニ様 V2O5 ハイブリッド材料 (V2C/V2O5 MXene) で作られた化学抵抗性ガス センサーを提案します。 調製したままのセンサーは、室温でアセトン検出用のセンシング材料として使用した場合、高い性能を示しました。 さらに、V2C/V2O5 MXene ベースのセンサーは、15 ppm のアセトンに対して、元の多層 V2CTx MXene (S% = 4.6%) よりも高い応答 (S% = 11.9%) を示しました。 さらに、この複合センサーは、室温では ppb レベル (250 ppb) の低い検出レベルに加え、さまざまな妨害ガス間の高い選択性、速い応答回復時間、最小限の振幅変動による優れた再現性、および優れた長期安定性を実証しました。 。 これらのセンシング特性の向上は、多層 V2C MXene での水素結合の形成の可能性、ウニのような V2C/V2O5 MXene センサーの新しく形成された複合体の相乗効果、および V2O5 と V2C の界面での高電荷キャリア輸送に起因すると考えられます。 MXEN。

急速な環境汚染と健康診断の重要性に対する認識が高まるにつれ、スマートで高感度なセンサーの設計は、ガスセンシング分野における最先端の研究テーマとなっています1。 モノのインターネット (IoT) の発展により、数種類のアクティブ センサーを単一のネットワークに統合できるようになり、スマート テクノロジーを通じてユーザーに差し迫ったリスクを警告できるようになりました2。 センサーのカテゴリーの 1 つであるガスセンサー (化学センサーのサブクラス) は、人間の安全とセキュリティを向上させるために、産業、屋内エリア、医療環境における有害ガスと揮発性有機化合物 (VOC) を監視する上で極めて重要な役割を果たしています3。 、4、5。 もう 1 つのカテゴリであるポイントオブケア スマート センシング デバイスは、病気のリアルタイム診断を実現するために注目を集めています6。 たとえば、人間の呼気は、N2、O2、CO2、水蒸気、微量の VOC (アセトン、アンモニア、イソプレンなど)、無機ガス (H2S、CO、NO など) などのさまざまなガスの混合物です。 ）。 これらのガスは、内因性（体内）または外因性（環境汚染物質から）のいずれかで生成されます7、8。 特に、アセトンは糖尿病の診断に有用なバイオマーカーです。 これはケトーシスの代謝プロセスの副産物であり、老廃物または呼気を介して体外に排出されます9。 アセトン濃度は、健康な人では 0.2 ～ 0.9 ppm、糖尿病患者では 0.9 ～ 1.8 ppm の範囲です10。 現地の統計によると、2017 年には 20 ～ 80 歳のアラブ首長国連邦 (U​​AE) 人口のほぼ 17.3% が 2 型糖尿病を患っており、100 万人近くが 1 型糖尿病を患っており、この国は世界で 15 位にランクされています。 痛みを伴う可能性がある従来の血糖検査と比較して、呼気分析は、アセトンを検出するための有望で、非侵襲的、無害で、費用対効果の高いアプローチです12,13。 したがって、呼気中のアセトンを検出する高感度ガスセンサーデバイスを設計するには、新規の高性能センシング材料が必要です。 VOC や有毒ガスの検出には、金属酸化物半導体 (MOXS) ベースのケミレジスタ 14、カーボン ナノチューブ (CNT) 10、グラフェン ベースの二次元 (2D) 材料 15 などの新しい材料が使用されています。 ただし、MOXS ガス センサーは効果的なトランスデューサー ガス センサーとして頻繁に使用されていますが、動作温度が高いことが実用上の大きな障害となっています 3。 室温 (RT) で動作するガス センシングは、この課題の解決策として注目されています。 CNT およびグラフェンベースの 2D 材料は室温で動作できますが、反応が遅く、応答挙動が遅いため、実用化は困難です 16、17。 したがって、RT で動作し、強化されたセンシング特性を示す代替センシング材料が必要です。