[发明专利]TiO2

说明书

本发明提供一种TiO₂‑Ti₃C₂T_x复合薄膜气体传感器及其制备方法和用途，包括TiO₂‑Ti₃C₂T_x复合薄膜气体传感元件，所述TiO₂‑Ti₃C₂T_x复合薄膜气体传感元件包括具有氧化铝陶瓷基底层的叉指电极和TiO₂‑Ti₃C₂T_x敏感材料层，TiO₂‑Ti₃C₂T_x敏感材料涂覆在所述叉指电极表面，所述的TiO₂‑Ti₃C₂T_x敏感材料层通过在二维Ti₃C₂T_x纳米材料上原位生长TiO₂纳米颗粒所制得的。本发明以二维Ti₃C₂本身为钛源，通过一步水热法合成了具有规则形貌的TiO₂‑Ti₃C₂T_x纳米复合材料，制备过程较环保简单，是一种设备投资小，工艺流程简单的二维半导体制备方案。本发明的TiO₂‑Ti₃C₂T_x传感器，由于材料间有效的协同作用，TiO₂‑Ti₃C₂T_x传感器对测试气体的气敏性能均表现出增强的响应。

技术领域

本发明涉及气体识别和复合纳米材料技术领域，具体涉及一种TiO₂-Ti₃C₂T_x复合薄膜气体传感器及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，通过分析检测人类呼出气中的挥发性有机化合物(VOCs)，实现对早期的非侵入式疾病的诊断引起了广泛的关注。已有许多研究报道支持这种无创检测疾病方法。其中，肺癌是导致癌症死亡的主要原因。肺癌在早期没有特殊症状，因此患者通常在中晚期才发现肺癌，错过了最佳治疗期。因此，通过呼吸气实现肺癌患者的早期诊断是十分有必要的，它可以为患者提供更多的治疗机会。

醛酮类挥发性有机物气体是肺癌等疾病的典型标志物。据报道，肺癌患者的血液，尿液和呼吸等生物样品中的己醛、壬醛、癸醛等VOCs的浓度明显高于健康个体。因此，醛酮类VOCs可以被认为是区别于健康人的肺癌生物标志物之一。然而，如己醛作为挥发性生物标志物存在于生物样品中，其浓度在皮摩尔至微摩尔的范围内，低浓度导致传感器难以准确检测到己醛气体。醛酮类挥发性有机物气体还是塑料化工产业、室内装修、车内装饰等过程产生常见的空气污染物，对人体有很大的危害。因此，开发对醛酮类挥发性有机物气体具有高灵敏度和高选择性的气体传感器十分必要。

目前，传统的金属氧化物半导体材料已广泛用于气体传感领域。然而，由于高工作温度导致大多数金属氧化物半导体传感器功耗很高，极大地限制了它们在可穿戴等低功耗传感设备上的应用。因此，探索具有优异的室温感测能力的新型气敏材料具有重要意义。

MXenes是于2011年发现的新型二维材料族，一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料。与其他2D材料(例如石墨烯，黑磷和MoS₂)相比，MXenes具有超高的信噪比、高导电率、大表面积和丰富的官能团的特点。因此，这些优点使之成为气敏领域的理想材料的候选者。