V2CTX MXène

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3114 (2023) Citer cet article

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Les nouveaux matériaux de détection hautes performances basés sur la température ambiante constituent l'un des sujets de recherche d'avant-garde dans le domaine de la détection des gaz, et les MXenes, une famille de matériaux en couches 2D émergents, ont attiré une large attention en raison de leurs propriétés distinctives. Dans ce travail, nous proposons un capteur de gaz chimirésistif fabriqué à partir de matériaux hybrides V2O5 de type oursin (V2C/V2O5 MXene) dérivés du MXène V2CTx pour les applications de détection de gaz à température ambiante. Le capteur tel que préparé présentait des performances élevées lorsqu'il était utilisé comme matériau de détection pour la détection de l'acétone à température ambiante. De plus, le capteur à base de MXène V2C/V2O5 a présenté une réponse plus élevée (S % = 11,9 %) vers 15 ppm d'acétone que les MXènes V2CTx multicouches vierges (S % = 4,6 %). De plus, le capteur composite a démontré un faible niveau de détection aux niveaux ppb (250 ppb) à température ambiante, ainsi qu'une sélectivité élevée entre différents gaz interférents, un temps de réponse-récupération rapide, une bonne répétabilité avec une fluctuation d'amplitude minimale et une excellente stabilité à long terme. . Ces propriétés de détection améliorées peuvent être attribuées à la formation possible de liaisons H dans les MXènes V2C multicouches, à l'effet synergique du composite nouvellement formé de capteur MXène V2C/V2O5 de type oursin et au transport de porteurs de charge élevés à l'interface de V2O5 et V2C. MXène.

Avec la prise de conscience croissante de la pollution rapide de l’environnement et de l’importance des diagnostics de santé, la conception de capteurs intelligents et sensibles est devenue un sujet de recherche d’avant-garde dans le domaine de la détection des gaz1. Le développement de l’Internet des objets (IoT) a permis l’intégration de plusieurs types de capteurs actifs dans un réseau unique, permettant aux utilisateurs d’être avertis d’un risque imminent grâce à des technologies intelligentes2. Une catégorie de capteurs, les capteurs de gaz (une sous-classe de capteurs chimiques), a joué un rôle central dans la surveillance des gaz dangereux et des composés organiques volatils (COV) dans les industries, les zones intérieures et les environnements médicaux afin d'améliorer la sûreté et la sécurité des humains3. ,4,5. Une autre catégorie, celle des dispositifs de détection intelligents sur le lieu d’intervention, a retenu l’attention car elle permet de diagnostiquer les maladies en temps réel6. Par exemple, l'haleine humaine est un mélange de divers gaz, tels que le N2, l'O2, le CO2, la vapeur d'eau, des traces de COV (acétone, ammoniac, isoprène, etc.) et des gaz inorganiques (H2S, CO, NO, etc. ). Ces gaz sont générés soit de manière endogène (dans le corps), soit de manière exogène (à partir de contaminants environnementaux)7,8. En particulier, l'acétone est un biomarqueur utile pour diagnostiquer le diabète ; c'est un sous-produit du processus métabolique de la cétose et est expulsé du corps via les déchets ou la respiration9. Les concentrations d'acétone varient de 0,2 à 0,9 parties par million (ppm) chez les individus en bonne santé et de 0,9 à 1,8 ppm chez les patients diabétiques10. Les statistiques locales indiquent que près de 17,3 % de la population des Émirats arabes unis (EAU) âgée de 20 à 80 ans souffrait de diabète de type 2 en 2017, tandis que près d'un million de personnes souffraient de diabète de type 1, plaçant le pays au quinzième rang mondial11. Comparée à un test de glycémie conventionnel, qui peut être douloureux, l’analyse de l’haleine expirée est une approche prometteuse, non invasive, non dangereuse et rentable pour détecter l’acétone12,13. Par conséquent, de nouveaux matériaux de détection hautes performances sont nécessaires pour concevoir des dispositifs de détection de gaz sensibles permettant de détecter l’acétone dans l’haleine. De nouveaux matériaux ont été utilisés pour détecter les COV et les gaz toxiques, notamment des chimirésistances à base de semi-conducteurs à oxyde métallique (MOXS)14, des nanotubes de carbone (CNT)10 et des matériaux bidimensionnels (2D) à base de graphène15. Cependant, bien que les capteurs de gaz MOXS soient fréquemment utilisés comme capteurs de gaz transducteurs efficaces, leur température de fonctionnement élevée constitue un obstacle pratique important3. La détection de gaz fonctionnant à température ambiante (RT) a été ciblée comme une solution à ce défi. Bien que les NTC et les matériaux 2D à base de graphène puissent fonctionner à température ambiante, leur réaction lente et leurs faibles comportements de réponse entravent les applications pratiques16,17. Par conséquent, des matériaux de détection alternatifs pouvant fonctionner à température ambiante et présentant des propriétés de détection améliorées sont nécessaires.