[发明专利]一种采用W掺杂改善MoS2气体传感器性能的方法

说明书

本发明提供了一种采用W掺杂改善MoS₂气体传感器性能的方法，包括以下步骤：在MoS₂生长过程中，引入与Mo⁴⁺离子半径相近的W⁴⁺离子，实现对材料空位的填补，改善气体分子在材料表面的吸附/脱附行为。通过水热法合成了W掺杂MoS₂材料，并进一步制作出平面叉指型NO₂气体传感器。结果表明，W的掺杂使得MoS₂气体传感器对NO₂气体的响应/恢复行为得到了极大的改善，响应/恢复时间降低了一个数量级，从几百秒降低到几十秒。本发明利用经济有效的水热法实现了空位补偿并且提高了MoS₂气体传感器响应/恢复速度，制备过程简单，反应条件对所需仪器要求低、工艺简单、成本低等优点，在室温快速气体检测中的领域中具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种半导体气体传感器，特别涉及一种采用W掺杂改善MoS₂气体传感器性能的方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，大量的有毒有害气体被排放，环境空气质量问题已经成为人们广泛的关注点。氮氧化物(NO₂)是一种典型的空气污染物，对人体健康和环境构成威胁。因此，研制具有快速气体检测、高选择性和高灵敏度的NO₂气体传感器以实现对环境中NO₂气体的高效检测具有十分重要的意义。

MoS₂作为一种高效的NO₂气体传感材料，由于不需要加热装置就能在室温下检测NO₂而受到广泛的关注。一些理论计算证实NO₂以物理吸附的形式吸附在MoS₂表面，这意味着NO₂对MoS₂的吸附和解吸行为是非常短的过程。然而，水热法和其他湿法合成的MoS₂在室温下检测气体时，并没有理论预测的快速响应/恢复行为。这是因为水热法合成的MoS₂表面存在或多或少的缺陷(如钼空位、硫空位)，并不是理论计算中理想的均匀表面。这些缺陷导致了MoS₂与气体分子之间的强化学吸附，使得气态NO₂难以从MoS₂表面脱附。MoS₂因在室温下脱附困难，导致其在室温下的响应/恢复时间较慢，甚至没有恢复，这极大地阻碍了MoS₂的实际应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用W掺杂改善MoS₂气体传感器性能的方法。

发明原理：在MoS₂生长过程中，引入与Mo⁴⁺离子半径相近的W⁴⁺离子，W⁴⁺进入晶格后填补了Mo⁴⁺缺失产生的空位，达到MoS₂均匀表面的目的。通过对MoS₂材料中空位的填补实现气敏性能提升。

采用以下技术方案实现：采用水热法合成了W掺杂MoS₂材料，包含下述步骤：

步骤1，称取钼酸钠、硫代乙酸铵和钨酸钠置于烧杯中，溶于去离子水中并使用磁力搅拌器搅拌使其分散均匀；

步骤2，在上述混合溶液中加入0.3 g硅酸钠，促进W掺杂MoS₂材料的形成；将稀盐酸逐滴滴入上述溶液中，调节透明溶液的pH值为6；

步骤3，将上述均匀溶液转移到聚四氟乙烯内胆中，然后将内胆装入不锈钢反应釜中，并将反应釜密封，放入烘箱中加热反应；

步骤4，待反应釜自然冷却后，将釜内悬浊液取出，进行离心分离操作，得到黑色沉淀，然后将所得的黑色沉淀进行清洗、干燥，得到W掺杂MoS₂材料。