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Photoactivated Mixed In-Plane and Edge-Enriched p-Type MoS2 Flake-Based NO2 Sensor Working at Room Temperature
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2018-04-17 00:00:00 , DOI: 10.1021/acssensors.8b00146 Abhay. V. Agrawal 1 , Rahul Kumar 2 , Swaminathan Venkatesan 3 , Alex Zakhidov 3 , Guang Yang 4 , Jiming Bao 4 , Mahesh Kumar 2 , Mukesh Kumar 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2018-04-17 00:00:00 , DOI: 10.1021/acssensors.8b00146 Abhay. V. Agrawal 1 , Rahul Kumar 2 , Swaminathan Venkatesan 3 , Alex Zakhidov 3 , Guang Yang 4 , Jiming Bao 4 , Mahesh Kumar 2 , Mukesh Kumar 1
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Toxic gases are produced during the burning of fossil fuels. Room temperature (RT) fast detection of toxic gases is still challenging. Recently, MoS2 transition metal dichalcogenides have sparked great attention in the research community due to their performance in gas sensing applications. However, MoS2 based gas sensors still suffer from long response and recovery times, especially at RT. Considering this challenge, here, we report photoactivated highly reversible and fast detection of NO2 sensors at room temperature (RT) by using mixed in-plane and edge-enriched p-MoS2 flakes (mixed MoS2). The sensor showed fast response with good sensitivity of ∼10.36% for 10 ppm of NO2 at RT without complete recovery. However, complete recovery was obtained with better sensor performance under UV light illumination at RT. The UV assisted NO2 sensing showed improved performance in terms of fast response and recovery kinetics with enhanced sensitivity to 10 ppm NO2 concentration. The sensor performance is also investigated under thermal energy, and a better sensor performance with reduced sensitivity and high selectivity toward NO2 was observed. A detailed gas sensing mechanism based on the density functional theory (DFT) calculations for favorable NO2 adsorption sites on in-plane and edge-enriched MoS2 flakes is proposed. This study revealed the role of favorable adsorption sites in MoS2 flakes for the enhanced interaction of target gases and developed a highly sensitive, reversible, and fast gas sensor for next-generation toxic gases at room temperature.
中文翻译：
在室温下工作的光活化混合面内和边缘富集的p型MoS 2片状NO 2传感器
在燃烧化石燃料时会产生有毒气体。室温（RT）快速检测有毒气体仍然具有挑战性。最近，由于MoS 2过渡金属二卤化物在气体传感应用中的性能，引起了研究界的极大关注。但是，基于MoS 2的气体传感器仍然需要较长的响应时间和恢复时间，尤其是在室温下。考虑到这一挑战，在这里，我们报告了通过使用平面内和边缘富集的p-MoS 2薄片（混合MoS 2）在室温（RT）下光活化的高度可逆且快速检测NO 2传感器。传感器显示出快速响应，对10 ppm NO 2的灵敏度高达〜10.36％。在RT下无法完全恢复。但是，在RT的紫外光照射下，传感器具有更好的性能，可实现完全恢复。紫外线辅助的NO 2感测在快速响应和恢复动力学方面表现出改进的性能，并增强了对10 ppm NO 2浓度的敏感性。还研究了在热能下的传感器性能，观察到了更好的传感器性能，灵敏度降低，对NO 2的选择性更高。提出了一种基于密度泛函理论（DFT）计算的气体感应机制，用于面内和边缘富集的MoS 2薄片上的NO 2有利吸附位点。这项研究揭示了有利的吸附位点在MoS中的作用2个薄片，用于增强目标气体的相互作用，并针对室温下的下一代有毒气体开发了高度灵敏，可逆且快速的气体传感器。
更新日期：2018-04-17
中文翻译：
在室温下工作的光活化混合面内和边缘富集的p型MoS 2片状NO 2传感器
在燃烧化石燃料时会产生有毒气体。室温（RT）快速检测有毒气体仍然具有挑战性。最近，由于MoS 2过渡金属二卤化物在气体传感应用中的性能，引起了研究界的极大关注。但是，基于MoS 2的气体传感器仍然需要较长的响应时间和恢复时间，尤其是在室温下。考虑到这一挑战，在这里，我们报告了通过使用平面内和边缘富集的p-MoS 2薄片（混合MoS 2）在室温（RT）下光活化的高度可逆且快速检测NO 2传感器。传感器显示出快速响应，对10 ppm NO 2的灵敏度高达〜10.36％。在RT下无法完全恢复。但是，在RT的紫外光照射下，传感器具有更好的性能，可实现完全恢复。紫外线辅助的NO 2感测在快速响应和恢复动力学方面表现出改进的性能，并增强了对10 ppm NO 2浓度的敏感性。还研究了在热能下的传感器性能，观察到了更好的传感器性能，灵敏度降低，对NO 2的选择性更高。提出了一种基于密度泛函理论（DFT）计算的气体感应机制，用于面内和边缘富集的MoS 2薄片上的NO 2有利吸附位点。这项研究揭示了有利的吸附位点在MoS中的作用2个薄片，用于增强目标气体的相互作用，并针对室温下的下一代有毒气体开发了高度灵敏，可逆且快速的气体传感器。
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