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Single-Atom Pt-Functionalized Ti3C2Tx Field-Effect Transistor for Volatile Organic Compound Gas Detection
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2022-07-12 , DOI: 10.1021/acssensors.2c00475 Boyang Zong 1 , Qikun Xu 1 , Shun Mao 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2022-07-12 , DOI: 10.1021/acssensors.2c00475 Boyang Zong 1 , Qikun Xu 1 , Shun Mao 1
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MXenes have shown exceptional electrochemical properties and demonstrate great promise in chemiresistive gas analysis applications. However, their sensing applications still face low sensitivity and specificity, slow response, and poor stability among the many challenges. Herein, a novel synthetic approach is reported to produce single-atom Pt (Pt SA)-implanted Ti3C2Tx MXene nanosheets as the sensing channel in field-effect transistor (FET) gas sensors. This is a pioneer study of single-atom catalysts loaded on MXene nanosheets for gas detection, which demonstrates that Pt SA can greatly enhance the sensing performance of pristine Ti3C2Tx. The Pt SA-Ti3C2Tx sensor exhibits high sensitivity and specificity toward ppb level (a low detection limit of 14 ppb) triethylamine (TEA) with good multicycle sensing performance. Moreover, the mechanism study and density functional theory (DFT) simulation show that the chemical sensitization effect and TEA adsorption enhancement from highly catalytic and uniformly distributed Pt SA lead to the enhanced sensing performances. This work presents a new prospect of single-atom catalysts for gas analysis applications, which will promote the development of cutting-edge sensing techniques for gas detection for public health and environment.
中文翻译：
用于挥发性有机化合物气体检测的单原子 Pt 功能化 Ti3C2Tx 场效应晶体管
MXenes 已显示出卓越的电化学特性，并在化学电阻气体分析应用中展现出巨大的前景。然而，它们的传感应用仍面临着诸多挑战，包括灵敏度和特异性低、响应慢、稳定性差等问题。本文报道了一种新的合成方法来生产单原子 Pt (Pt SA) 注入的 Ti 3 C 2 T x MXene 纳米片作为场效应晶体管 (FET) 气体传感器中的传感通道。这是对负载在 MXene 纳米片上的单原子催化剂进行气体检测的开创性研究，这表明 Pt SA 可以大大提高原始 Ti 3 C 2 T x的传感性能。Pt SA-Ti 3 C2 T x传感器对 ppb 级（低检测限 14 ppb）三乙胺 (TEA) 具有高灵敏度和特异性，具有良好的多循环传感性能。此外，机理研究和密度泛函理论（DFT）模拟表明，高度催化和均匀分布的 Pt SA 的化学敏化效应和 TEA 吸附增强导致传感性能增强。这项工作为气体分析应用的单原子催化剂提供了新的前景，这将促进用于公共卫生和环境的气体检测的尖端传感技术的发展。
更新日期：2022-07-12
中文翻译：
用于挥发性有机化合物气体检测的单原子 Pt 功能化 Ti3C2Tx 场效应晶体管
MXenes 已显示出卓越的电化学特性，并在化学电阻气体分析应用中展现出巨大的前景。然而，它们的传感应用仍面临着诸多挑战，包括灵敏度和特异性低、响应慢、稳定性差等问题。本文报道了一种新的合成方法来生产单原子 Pt (Pt SA) 注入的 Ti 3 C 2 T x MXene 纳米片作为场效应晶体管 (FET) 气体传感器中的传感通道。这是对负载在 MXene 纳米片上的单原子催化剂进行气体检测的开创性研究，这表明 Pt SA 可以大大提高原始 Ti 3 C 2 T x的传感性能。Pt SA-Ti 3 C2 T x传感器对 ppb 级（低检测限 14 ppb）三乙胺 (TEA) 具有高灵敏度和特异性，具有良好的多循环传感性能。此外，机理研究和密度泛函理论（DFT）模拟表明，高度催化和均匀分布的 Pt SA 的化学敏化效应和 TEA 吸附增强导致传感性能增强。这项工作为气体分析应用的单原子催化剂提供了新的前景，这将促进用于公共卫生和环境的气体检测的尖端传感技术的发展。
京公网安备 11010802027423号