近日，我校材料科学与工程学院乔冠军教授团队与西南交通大学欧建臻教授团队合作，在材料领域顶级期刊《美国化学会-纳米》ACS Nano 在线发表题为“A 2D-0D-2D sandwich heterostructure towards high-performance room-temperature gas sensing ”的研究论文。江苏大学博士生梁智萍、东南大学博士生王明渊和江苏大学张相召副教授为共同第一作者。江苏大学材料科学与工程学院刘桂武教授与西南交通大学欧建臻教授为论文共同通讯作者。江苏大学材料科学与工程学院为第一完成单位。

WS₂-Au-BP异质结的微结构、气敏特性、气敏和钝化机理及其气体监测系统

近年来，黑磷（BP）作为新兴的二维材料，因具有超高的电子迁移率和高化学活性等特性而受到广泛关注，尤其是应用在下一代微型电子器件中。BP的高活性和在环境条件下易被氧降解一直是一对难以调和的矛盾。文章结合化学气相输运、水热和液相剥离技术，首次将贵金属纳米粒子插入二维WS₂/BP范德华异质结中间，形成一种独特的2D-0D-2D三明治异质结构（WS₂-Au-BP），并通过HRTEM、STEM、AFM、XPS和第一性原理计算等多角度证实该三明治结构的形成。

理论研究表明，该结构的形成不仅可促使BP的大部分电子只向Au颗粒和WS₂转移，而且能大幅度降低导带边，使其远低于O₂/O₂^-的氧化还原电位；同时发现该结构可以大大降低对O₂的吸附，并提升O₂^-→2O的解离能。因此，该结构可以在保持BP活性的同时又能抑制BP薄层的降解。通过对NO₂气体传感测试，建立了该结构的气敏特性与BP钝化之间的内在联系，发现该结构对NO₂敏感性和长期稳定性均得到了显著提升。此外，基于该结构设计了一种便携式气体监测系统，并对1‒50 ppm NO₂实现了实时监测。

该研究获得国家自然科学基金、江苏省重点研发计划等项目支持。（材料学院）

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c11475