[发明专利]一种二维MXene材料的处理方法、产品及一种气敏传感器

说明书

本发明公开了一种二维MXene材料的处理方法、产品及一种气敏传感器，所述处理方法包括如下步骤：将以含氟化合物的溶剂为刻蚀溶剂，采用液相刻蚀法得到的二维MXene材料置于有机溶剂中，超声处理，之后进行干燥；对干燥后的MXene材料进行微波氧等离子体处理，得到所述二维MXene材料。通过对二维MXene材料进行微波氧等离子体处理，一方面有效提高了材料的比表面积；另一方面使得材料具有更多的氧官能团，为材料在进行气敏性能测试时提供更多的氧活性位点，从而提高气敏性能。本发明所得的MXene气敏材料具有高的选择性及稳定性，在25℃下，对100ppm的乙醇气体响应值可达到22.47％。

技术领域

本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种二维MXene材料的处理方法、产品及一种气敏传感器。

背景技术

随着工业和社会经济的发展，挥发性有机化合物气体(Volatile organiccompounds,VOCs)成为影响人体健康的室内环境主要污染物，甚至部分VOCs气体是反映人体患病的特征标记物，因此开发高度灵敏、高选择性和稳定的VOCs气体传感器，在室内污染监测及重大疾病早期诊断等领域都具有广阔的应用前景。

当前，具有高灵敏度，低成本和功能简单的金属氧化物半导体被广泛研究为VOCs传感器的核心材料。寇等通过静电纺丝工艺合成了掺Co的SnO₂纳米纤维。在325℃下，复合物对100ppm乙醇的最高响应为40.1[Synthesis of Co-doped SnO₂ nanofibers andtheir enhanced gas-sensing properties.Sens.Actuators,B.236(2016):425–432.]。冯等用交换法制备了一种新型的Au@ZnO传感器。与原始ZnO相比，基于Au@ZnO的传感器在400℃下对不同种类的VOCs表现出增强的敏感性[In-situ generation of highly dispersedAu nanoparticles on porous ZnO nanoplates via ion exchange from hydrozincitefor VOCs gas sensing.Sens.Actuators,B.255(2018):884-890.]。尽管MOS(金属氧化物类型的气体传感器)具有出色的灵敏度，但它们的工作温度均超过100℃，甚至达到400℃。高的工作温度限制了MOS传感器在可穿戴传感设备领域的应用。因此，迫切需要探索一种新颖且合适的材料，以在较低的温度下实现更出色的传感。

MXene作为新兴的二维材料，由于其金属半导体特性和丰富的表面官能团结构，因此受到了广泛的关注。Ti₃C₂T_x代表典型的MXene。Ti₃C₂T_x是具有高比表面积，可调节的纳米层厚度和高电导率的类器官结构。因此，它在气敏材料的应用中显示出巨大的潜力。但是，低响应值限制了其在传感器领域的应用。值得注意的是，Ti₃C₂T_x表面末端基团的修饰可以有效地改变传感特性。杨等[Improvement of Gas and Humidity Sensing Properties ofOrgan-like MXene by Alkaline Treatment.Acs Sens.4(2019):1261-1269.]通过用NaOH溶液碱化处理来改变表面末端的氧氟比。结果表明，增加表面末端氧氟比有利于氧在传感材料表面的积累，进而提高气体传感性能。因此，对Ti₃C₂T_x的官能团进行定向修饰以改善其氧亲和力是重要且必要的。

微波等离子体作为一种新型材料表面调控的方法，其具有高的能量密度，可以在短时间内达到所需的能量。但是，目前采用微波等离子体方法活化处理MXene材料以提高其气敏性能的研究尚未见报道。

发明内容