二硫化钼纳米片—钯纳米粒子复合物室温下高灵敏检测氢气

氢气（H₂）作为一种丰富又清洁的能源，其的使用大大降低了对化石燃料的依赖；然而，氢气是一种无色、无味、易燃易爆的气体，当在空气中达到一定浓度时会造成一定的安全隐患。目前，金属氧化物传感器能够有效地检测氢气。然而它们需要高的操作温度，这不仅增加了能源的消耗，而且氢气易燃的特点带来了安全隐患。因此，开发能在室温下可靠检测氢气的技术有着高度的需求。

（a）MoS2纳米片及MoS2-Pd对50000 ppm H2的响应比较，（b）MoS2-Pd的I-V表征，（c）MoS2-Pd对不同浓度H2的响应，（d）MoS2-Pd对不同浓度氢气的恢复时间和传感响应，（e）热处理时间对MoS2-Pd传感性能的影响，（f）MoS2-Pd对氢气、氨气、丙酮和乙醇检测灵敏度比较。

近年来，二硫化钼（MoS₂）凭借其大小可调的能带间隙，在电学及气体检测方面受到了研究领域的关注。美国加州大学圣地亚哥分校Sungho Jin课题组利用温和溶剂剥离的合成法制备了MoS₂纳米片，并进一步采用简单的滴落涂布法（MoS₂-PdCl₂溶液）及热处理，得到MoS₂-Pd复合材料。这种复合材料具备高的比表面积和低的背景电荷载体密度，能够高灵敏地检测H₂。研究发现MoS₂-Pd复合材料传感器在检测10-50000 ppm范围内的氢气响应时间和恢复时间分别是40 s和83 s。同时，研究人员研究了热处理的时间对检测H₂敏感性能的影响，随着热处理时间的延长，恢复时间降低至28 s。此外，研究发现MoS₂-Pd比石墨烯-Pd复合材料表现出更优异的传感性能。为了解释MoS₂-Pd复合材料的敏感机制，研究者在所构筑的场效应晶体管上对电子传输进行了研究。研究结果表明Pd纳米粒子在MoS₂上有p-掺杂效应，从而引起部分电子的消耗。研究者认为在没有H₂存在的情况下，Pd的功函高于MoS₂的功函；当有H₂存在时，Pd的功函降低，使MoS₂消耗的电子恢复，从而引起总电阻的降低。

该MoS₂-Pd复合材料合成方法简单、价格低廉，对于制备廉价高灵敏性的化学传感器具有巨大的潜力，也为今后进一步发展检测危险气体提供了实用的前景。其相关研究成果已发表在Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.201500004）上。

特邀撰稿人

黄行九：研究员，智能所仿生传感中心主任，中国科学院合肥物质科学研究院。课题组近年来以新型功能微纳结构的设计和制备为基础，结合电学、电化学、光学等方法，系统开展固体表面、固/气和固/液界面的结构与性质关系的应用基础研究。

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