Газочувствительные свойства наноструктур дисульфида молибдена

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Современный этап развития газовой сенсорики характеризуется расширением диапазона применяемых материалов. Для совершенствования характеристик сенсоров, в том числе снижения рабочих температур, проводятся исследования возможностей применения дихалькогенидов переходных металлов. В данной работе гидротермальным синтезом получены газочувствительные слои MoS2. Проведены их исследования методами растровой электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Взаимодействие синтезированных слоев с парами изопропилового спирта при комнатной температуре проанализировано с помощью спектроскопии импеданса. Показаны возможности их применения для детектирования восстанавливающих газов при комнатной температуре.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Налимова

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)

Автор, ответственный за переписку.
Email: sskarpova@list.ru
Россия, ул. Профессора Попова, 5 лит. Ф, Санкт-Петербург, 197022

З. В. Шомахов

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова

Email: sskarpova@list.ru
Россия, ул. Чернышевского, 173, Нальчик, 360004

Н. А. Морозова

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)

Email: sskarpova@list.ru
Россия, ул. Профессора Попова, 5 лит. Ф, Санкт-Петербург, 197022

В. М. Кондратьев

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет им. Ж.И. Алферова Российской академии наук (Алферовский университет)

Email: sskarpova@list.ru
Россия, Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701; ул. Хлопина, 8, к. 3, Санкт-Петербург, 194021

К. Д. Буй

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)

Email: sskarpova@list.ru
Россия, ул. Профессора Попова, 5 лит. Ф, Санкт-Петербург, 197022

В. А. Мошников

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)

Email: sskarpova@list.ru
Россия, ул. Профессора Попова, 5 лит. Ф, Санкт-Петербург, 197022

Список литературы

  1. Карманов А.А., Пронин И.А., Якушова Н.Д., Комолов А.С., Мошников В.А. Исследование поверхностных превращений в золь–гель-пленках на основе оксида цинка при ультрафиолетовом фотоотжиге методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 11. С. 1184–1191. https://doi.org/10.31857/S0002337X22110070
  2. Крастева Л.К., Димитров Д.Ц., Папазова К.И., Николаев Н.К., Пешкова Т.В., Мошников В.А., Грачева И.Е., Карпова С.С., Канева Н.В. Синтез и характеризация наноструктурированных слоев оксида цинка для сенсорики // ФТП. 2013. Т. 47. № 4. С. 564–569.
  3. Кононова И.Е., Кононов П.В., Мошников В.А. Развитие модели образования материалов с иерархической структурой пор, созданных в условиях золь–гель-процессов // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 5. С. 500–512.
  4. Налимова С.С., Мякин С.В., Мошников В.А. Управление функциональным составом поверхности и улучшение газочувствительных свойств металлооксидных сенсоров посредством электронно-лучевой обработки // ФХС. 2016. Т. 42. № 6. С. 773–780.
  5. Zhao J., Wang H., Cai Y., Zhao J., Gao Z., Song Y.-Y. The challenges and opportunities for TiO2 nanostructures in gas sensing // ACS Sens. 2024. V. 9. № 4. P. 1644–1655. https://doi.org/10.1021/acssensors.4c00137
  6. Shi Y., Li X., Sun X.F., Shao X., Wang H.Y. Strategies for improving the sensing performance of In2O3-based gas sensors for ethanol detection // J. Alloys Compd. 2023. V. 963. P. 171190. https://doi.org/10.1016/ j.jallcom.2023.171190
  7. Рябко А.А., Бобков А.А., Налимова С.С., Максимов А.И., Левицкий В.С., Мошников В.А., Теруков Е.И. Газочувствительность наноструктурированных покрытий на основе наностержней оксида цинка при комбинированной активации // ЖТФ. 2022. Т. 92. № 5. С. 758–764. https://doi.org/10.21883/JTF.2022.05.52382.314-21
  8. Krishna K.G., Parne S., Pothukanuri N., Kathirvelu V., Gandi S., Joshi D. Nanostructured metal oxide semiconductor-based gas sensors: A comprehensive review // Sens. Actuators, A. 2022. V. 341. P. 113578. https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113578
  9. Tian W., Liu X., Yu W. Research Progress of Gas Sensor Based on Graphene and Its Derivatives: A Review // Appl. Sci. 2018. V. 8. P. 1118. https://doi.org/10.3390/app8071118
  10. Seekaew Y., Phokharatkul D., Wisitsoraat A., Wongchoosuk C. Highly sensitive and selective room-temperature NO2 gas sensor based on bilayer transferred chemical vapor deposited graphene // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 40. P. 357–363. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.286
  11. Buckley D.J., Black N.C.G., Castanon E.G., Melios C., Hardman M., Kazakova O. Frontiers of graphene and 2D material-based gas sensors for environmental monitoring // 2D Mater. 2020. V. 7. № 3. P. 032002. https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab7bc5
  12. Wang Z., Bu M., Hu N., Zhao L. An overview on room-temperature chemiresistor gas sensors based on 2D materials: Research status and challenge // Composites, Part B. 2023. V. 248. P. 110378. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110378
  13. Mihin A.O., Firsov D.D., Komkov O.S. Investigation of energy transitions in MoS2 by photoreflectance spectroscopy method // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1695. P. 012111. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1695/1/012111
  14. Kumar R., Zheng W., Liu X., Zhang J., Kumar M. MoS2-Based Nanomaterials for Room-Temperature Gas Sensors // Adv. Mater. Technol. 2020. P. 1901062. https://doi.org/10.1002/admt.201901062
  15. Sun J., Li X., Guo W., Zhao M., Fan X., Dong Y., Xu C., Deng J., Fu Y. Synthesis methods of two-dimensional MoS2: a brief review // Crystals. 2017. V. 7. № 7. P. 198. https://doi.org/10.3390/cryst7070198
  16. Lee S.-J., Son Y.-S., Choi J.-H., Kim S.-S., Park S.-Y. Morphology and catalytic performance of MoS2 hydrothermally synthesized at various pH values // Catalysts. 2021. V. 11. № 10. P. 1229. https://doi.org/10.3390 /catal11101229
  17. Wei R., Yang H., Du K., Fu W., Tian Y., Yu Q., Liu S., Li M., Zou G. A facile method to prepare MoS2 with nanoflower-like morphology // Mater. Chem. Phys. 2008. V. 108. P. 188–191. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.10.007
  18. Shokri A., Salami N. Gas sensor based on MoS2 monolayer // Sens. Actuators, B. 2016. V. 236. P. 378–385. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.06.033
  19. Kumar R., Goel N., Kumar M. UV-Activated MoS2 Based Fast and Reversible NO2 Sensor at Room Temperature // ACS Sens. 2017. V. 2. № 11. P. 1744–1752. https://doi.org/10.1021/acssensors.7b00731
  20. Rajbhar M.K., De S., Sanyal G., Kumar A., Chakraborty B., Chatterjee S. Defect-engineered 3D nanostructured MoS2 for detection of ammonia gas at room temperature // ACS Appl. Nano Mater. 2023. V. 6. № 7. P. 5284–5297. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c05361
  21. Ponnusamy K.M., Ghuge R.S., Raveendran N., Satheesh P.P., Durairaj S., Eswaran S.K., Heo K., Sivalingam Y., Chandramohan S. Vertical MoS2 nanosheets via space-confined CVD for room temperature photo-enhanced highly selective triethylamine sensing // ACS Appl. Nano Mater. 2024. V. 7. № 6. P. 6691–6703. https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00697
  22. Liu H., Zhang S., Cheng Q., Wang L., Wang S. A mini review on the recent progress of MoS2-based gas sensors // Catal. Lett. 2024. V. 154. № 4. P. 1375–1384. http://doi.org/10.1007/s10562-023-04436-6
  23. Bobkov A., Luchinin V., Moshnikov V., Nalimova S., Spivak Y. Impedance spectroscopy of hierarchical porous nanomaterials based on por-Si, por-Si incorporated by Ni and metal oxides for gas sensors // Sensors. 2022. V. 22. № 4. P. 1530. https://doi.org/10.3390/s22041530
  24. Kondratev V.M., Vyacheslavova E.A., Shugabaev T., Kirilenko D.A., Kuznetsov A., Kadinskaya S.A., Shomakhov Z.V., Baranov A.I., Nalimova S.S., Moshnikov V.A., Gudovskikh A.S., Bolshakov A.D. Si nanowire-based Schottky sensors for selective sensing of NH3 and HCl via impedance spectroscopy // ACS Appl. Nano Mater. 2023. V. 6. № 13. P. 11513–11523. https://doi.org/10.1021/ acsanm.3c01545
  25. Kondratiev V.M., Morozov I.A., Vyacheslavova E.A., Kirilenko D.A., Kuznetsov A., Kadinskaya S.A., Nalimova S.S., Moshnikov V.A., Gudovskikh A.S., Bolshakov A.D. Silicon nanowire-based room-temperature multi-environment ammonia detection // ACS Appl. Nano Mater. 2022. V. 5. № 7. P. 9940–9949. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02178
  26. Nalimova S.S., Kononova I.E., Moshnikov V.A., Dimitrov D.Tz., Kaneva N.V., Krasteva L.K., Syuleyman S.A., Bojinova A.S., Papazova K.I., Georgieva A.Ts. Investigation of the vapor-sensitive properties of zinc oxide layers by impedance spectroscopy // Bulg. Chem. Commun. 2017. V. 49. № 1. P. 121–126.
  27. Balasubramani V., Sureshkumar S., Rao T.S., Sridhar T.M. Impedance spectroscopy-based reduced graphene oxide-incorporated ZnO composite sensor for H2S investigations // ACS Omega. 2019. V. 4. № 6. P. 9976–9982. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00754
  28. Al-Hardan N.H., Abdullah M.J., Aziz A.A. Sensing mechanism of hydrogen gas sensor based on RF-sputtered ZnO thin films // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 4428. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.02.006
  29. Fedorov F.S., Varezhnikov A.S., Kiselev I., Kolesnichenko V.V., Burmistrov I.N., Sommer M., Fuchs D., Kübel C., Gorokhovsky A.V., Sysoev V.V. Potassium polytitanate gas-sensor study by impedance spectroscopy // Anal. Chim. Acta. 2015. V. 897. P. 81–86. https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.09.029
  30. Du J., Wu H., Wang X., Qi C., Mao W., Ren T., Qiao Q., Yang Z. Ternary MoS2/MoO3/C nanosheets as high-performance anode materials for lithium-ion batteries // J. Electron. Mater. 2018. V. 47. № 11. P. 6767–6773. https://doi.org/10.1007/s11664-018-6602-1
  31. Kundu M., Mondal D., Mondal I., Baral A., Halder P., Biswas S., Paul B.K., Bose N., Basu R., Das S. A rational preparation strategy of phase tuned MoO3 nanostructures for high-performance all-solid asymmetric supercapacitor // J. Energy Chem. 2023. V. 87. P. 192–206. https://doi.org/10.1016/ j.jechem.2023.08.014
  32. Wang B.B., Zhong X.X., Ming B.M., Zhu M.K., Chen Y.A., Cvelbar U., Ostrikov K. Structure and photoluminescence properties of MoO3−x/graphene nanoflake hybrid nanomaterials formed via surface growth // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 480. P. 1054–1062. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.02.183
  33. Shankar P., Rayappan J.B.B. Room temperature ethanol sensing properties of ZnO nanorods prepared using an electrospinning technique // J. Mater. Chem. C. 2017. V. 5. № 41. P. 10869–10880. https://doi.org/10.1039/C7TC03771F
  34. Chiang H., Bhan A. Catalytic consequences of hydroxyl group location on the rate and mechanism of parallel dehydration reactions of ethanol over acidic zeolites // J. Catal. 2010. V. 271. № 2. P. 251–261. https://doi.org/10.1016/ j.jcat.2010.01.021
  35. Piccini G., Alessio M., Sauer J. Ab initio study of methanol and ethanol adsorption on Brønsted sites in zeolite H-MFI // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. № 30. P. 19964–19970. https://doi.org/10.1039/C8CP03632B
  36. Kumar R., Kulriya P.K., Mishra M., Singh F., Gupta G., Kumar M. Highly selective and reversible NO2 gas sensor using vertically aligned MoS2 flake networks // Nanotechnology. 2018. V. 29. № 46. P. 464001. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aade20
  37. Li W., Zhang Y., Long X., Cao J., Xin X., Guan X., Peng J., Zheng X. Gas sensors based on mechanically exfoliated MoS2 nanosheets for Room-Temperature NO2 detection // Sensors. 2019. V. 19. № 9. P. 2123. https://doi.org/10.3390/s19092123
  38. Choi G.J., Mishra R.K., Gwag J.S. 2D layered MoS2 based gas sensor for indoor pollutant formaldehyde gas sensing applications // Mater. Lett. 2020. V. 264. P. 127385. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127385
  39. Sharma S., Kumar A., Singh N., Kaur D. Excellent room temperature ammonia gas sensing properties of n-MoS2/p-CuO heterojunction nanoworms // Sens. Actuators, B. 2018. V. 275. P. 499–507. https://doi.org/10.1016/ j.snb.2018.08.046

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РЭМ-изображение MoS2.

Скачать (126KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РФЭ-спектр MoS2.

Скачать (68KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Энергетический спектр линии Mo3d (синий), разложенный на модельные гауссианы (зеленый).

Скачать (66KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Энергетический спектр линии S2p (синий), разложенный на модельные гауссианы (зеленый).

Скачать (65KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Энергетический спектр линии O1s (синий), разложенный на модельные гауссианы (зеленый).

Скачать (68KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Диаграммы Найквиста газочувствительного слоя MoS2 в атмосфере различного состава.

Скачать (65KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Частотные зависимости действительной части импеданса газочувствительного слоя MoS2 в атмосфере различного состава.

Скачать (88KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Частотные зависимости мнимой части импеданса газочувствительного слоя MoS2 в атмосфере различного состава.

Скачать (81KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025