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1T-Phase Titanium Disulfide Nanosheets for Sensing H2S and O2
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-02-28 , DOI: 10.1021/acsanm.0c00127 Neha Sakhuja 1 , Ravindra Kumar Jha 1 , Rajneesh Chaurasiya 2 , Ambesh Dixit 2 , Navakanta Bhat 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2020-02-28 , DOI: 10.1021/acsanm.0c00127 Neha Sakhuja 1 , Ravindra Kumar Jha 1 , Rajneesh Chaurasiya 2 , Ambesh Dixit 2 , Navakanta Bhat 1
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A chemiresistive, 1T-TiS2 nanosheet (TNS) based gas sensor has been developed, and its ultrahigh sensitivity toward hydrogen sulfide (H2S) and oxygen (O2) gas at room temperature has been experimentally demonstrated. The sensor displayed room-temperature detection with a maximum response of 395% to 4 ppm H2S (reducing gas) in dry air and a response of 234% to 100% oxygen (oxidizing gas) in ambient conditions. The H2S and O2 sensing in humid environment (40% and 80%) has also been demonstrated so as to ensure the reliable operation of sensor in real-time applications. The ultrasensitive nature and linear behavior of the sensor enable it to operate reliably in the wide range of 300 ppb to 4 ppm H2S and 1% to 100% oxygen. Density functional theory (DFT) simulations were carried out to study the structural and electronic properties of TNS. Adsorption behavior of these gas molecules on TNS nanosheets was also studied theoretically. A plausible sensing mechanism based on the theoretical model has been detailed, and interestingly, it suggests physisorption phenomena between the adsorbate and adsorbent which enables fast recovery of the sensor without any external stimulation. The rather low lower limit of detection (LLoD) for H2S and O2 reported here, specifically at room temperature, is unique and competes favorably with reported studies. This outstanding sensor performance can be attributed to small adsorption energy and van der Waals interaction between analyte and the receptor.
中文翻译：
用于感测H 2 S和O 2的1T相二硫化钛纳米片
已开发出一种基于化学阻性的1T-TiS 2纳米片（TNS）的气体传感器，并已通过实验证明了其在室温下对硫化氢（H 2 S）和氧气（O 2）气体的超高灵敏度。传感器显示出室温检测结果，在干燥空气中的最大响应为395％至4 ppm H 2 S（还原性气体），在环境条件下的响应为234％至100％的氧气（氧化性气体）。H 2 S和O 2还演示了在潮湿环境（40％和80％）中进行传感，以确保传感器在实时应用中的可靠运行。传感器的超灵敏特性和线性特性使其能够在300 ppb至4 ppm H 2 S和1％至100％氧气的宽范围内可靠运行。进行了密度泛函理论（DFT）仿真，以研究TNS的结构和电子性能。理论上还研究了这些气体分子在TNS纳米片上的吸附行为。已经详细说明了基于理论模型的合理的传感机制，有趣的是，它表明了被吸附物和吸附剂之间的物理吸附现象，从而可以在没有任何外部刺激的情况下快速恢复传感器。H的较低检测下限（LLoD）这里报道的2 S和O 2，特别是在室温下，是独特的，并且与报道的研究相竞争。这种出色的传感器性能可归因于较小的吸附能以及分析物与受体之间的范德华相互作用。
更新日期：2020-02-28
中文翻译：
用于感测H 2 S和O 2的1T相二硫化钛纳米片
已开发出一种基于化学阻性的1T-TiS 2纳米片（TNS）的气体传感器，并已通过实验证明了其在室温下对硫化氢（H 2 S）和氧气（O 2）气体的超高灵敏度。传感器显示出室温检测结果，在干燥空气中的最大响应为395％至4 ppm H 2 S（还原性气体），在环境条件下的响应为234％至100％的氧气（氧化性气体）。H 2 S和O 2还演示了在潮湿环境（40％和80％）中进行传感，以确保传感器在实时应用中的可靠运行。传感器的超灵敏特性和线性特性使其能够在300 ppb至4 ppm H 2 S和1％至100％氧气的宽范围内可靠运行。进行了密度泛函理论（DFT）仿真，以研究TNS的结构和电子性能。理论上还研究了这些气体分子在TNS纳米片上的吸附行为。已经详细说明了基于理论模型的合理的传感机制，有趣的是，它表明了被吸附物和吸附剂之间的物理吸附现象，从而可以在没有任何外部刺激的情况下快速恢复传感器。H的较低检测下限（LLoD）这里报道的2 S和O 2，特别是在室温下，是独特的，并且与报道的研究相竞争。这种出色的传感器性能可归因于较小的吸附能以及分析物与受体之间的范德华相互作用。
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