基于MnO2/Ti3C2Tx的肺癌标志物己醛高灵敏选择性检测气体传感器的制备与表征

Fabrication and Characterization of a MnO2/Ti3C2Tx Based Gas Sensor for Highly Sensitive and Selective Detection of Lung Cancer Marker Hexanal

基于MnO2/Ti3C2Tx的肺癌标志物己醛高灵敏选择性检测气体传感器的制备与表征

文献来源:期刊：Chemical Engineering Journal

作者：YuYao等

通讯作者：Xiaoteng Jia；Fangmeng Liu

机构：上海理工大学卫生科学与工程学院;上海工业大学能源与材料学院;新黄埔中医药联合创新研究院

简介

MXene具有独特的气敏性能和超高的信噪比，广泛应用于低温气敏。然而，MXene基和金属氧化物半导体(MOSs)/ MXene基气体传感器的灵敏度、选择性和稳定性仍然较差。在Ti3C2Tx-MXene的表面和层间引入了大量氧空位和高催化活性的MnO2。由于活性中心和p-p异质结的存在，MnO2/Ti3C2Tx复合基气体传感器在低温下对不同挥发性有机化合物的响应比原始Ti3C2Tx传感器高10-20倍。此外，该复合传感器对己醛(肺癌标志物)具有独特的、改进的响应方式，具有良好的重现性和稳定性。

材料的合成

作者采用简单的一步水热过程制备了MnO2/MXene纳米复合材料。将100 mg Ti3C2Tx粉末溶解在30 mL H2O中，超声处理30 min后，在分散液中加入100 mg MnSO4·H2O固体，室温搅拌1 h，然后在混合溶液中缓慢加入250 mg KMnO4水溶液(20 mL)。然后将混合物转移到特氟龙内衬的100 mL不锈钢高压釜中，在140°C下进行水热反应3小时。反应结束后，收集溶液，离心，洗涤，收集沉淀，在真空干燥箱中干燥一夜，得到最终样品。MnSO4·H2O与Ti3C2Tx的质量比分别为6.25、12.5、25、50和100 wt%。MT1、MT2、MT3、MT4和MT5是分别命名为纳米复合材料的名称。

结果与讨论

采用了SEM、EDS、TEM、XRD、XPS等表征手段证明了材料的成功制备。

与MXene基复合气体传感器相似，当引入少量MnO2时，室温下MT1和MT2样品对己醛的响应明显改善。但是，随着MnO2含量的增加，MnO2/Ti3C2Tx在室温下的电阻过高，无法测量。

通过各种性能测试发现MT3性能最佳，具有较好的稳定性和选择性。

作者认为由于MnO2和Ti3C2Tx形成异质结界面，二者的协同作用促进了载流子的分离和输运，促进了己醛气体分子和载流子的扩散。同时高缺氧MnO2和富缺陷Ti3C2Tx表面为气体反应提供了更多的反应中心，提高了传感性能。MnO2和Ti3C2Tx具有较高的催化活性因此提高了选择性。

结论

作者将小尺寸MnO2纳米片均匀负载在多层Ti3C2Tx-MXene上，成功制备了一种基于Ti3C2Tx-MXene的纳米复合材料。MnO2/Ti3C2Tx纳米复合材料的己醛灵敏度明显高于Ti3C2Tx和MnO2。优化后的传感器响应为52%，响应时间和恢复时间分别为134 s和381 s。然而，MnO2/Ti3C2Tx复合基传感器在100°C暴露于20 ppm的己醛时，检测限很低。MnO2具有较高的厌氧性和对己醛分子的优先反应性，被认为是传感机制模型中的活性中心。此外，MnO2与Ti3C2Tx接触界面p-p异质结的产生提高了MnO2/Ti3C2Tx的传感性能。此外，MnO2和Ti3C2Tx具有较高的催化活性可能是MnO2/Ti3C2Tx复合基传感器具有独特选择性的主要原因。

转自：“科研一席话”微信公众号

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