Газочувствительные свойства нанокомпозита Ti0.2V1.8CTx/V2O5

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработан метод получения нанокомпозита, содержащего максеновое ядро Ti0.2V1.8CTx и поверхностные слои оксида ванадия, допированного титаном, путем относительно низкотемпературного частичного окисления многослойного максена – двумерного карбида ванадия-титана. Показано, что в ходе окисления в воздушной атмосфере исходного Ti0.2V1.8CTx при температуре 250°С сохраняется микроструктура аккордеоноподобных агрегатов с некоторым повышением пористости составляющих их слоев и увеличением их толщины за счет образования V2O5. При этом отмечено сохранение структуры максена с уменьшением межплоскостного расстояния от 10.3 (исходный порошок Ti0.2V1.8CTx) до 7.3 Å. Рамановская спектроскопия подтвердила образование оксида ванадия. Методом Кельвин-зондовой силовой микроскопии установлено, что при образовании нанокомпозита Ti0.2V1.8CTx/V2O5 происходит уменьшение работы выхода электрона с 4.88 (Ti0.2V1.8CTx) до 4.68 эВ. Для слоев Ti0.2V1.8CTx/V2O5, нанесенных с применением метода микроплоттерной печати, комплексно изучены хемосенсорные свойства по отношению к ряду газообразных аналитов (H2, CO, NH3, NO2, C6H6, C3H6O, CH4, C2H5OH и O2). При повышенных температурах детектирования (125–200°С) зафиксирована высокая чувствительность на кислород (10% O2) и NO2 (100 ppm); во всем интервале температур (25–200°С) имеются заметные отклики на влажность (50% RH). При комнатной температуре детектирования отмечена хорошая чувствительность по отношению к ацетону, этанолу и аммиаку.

Об авторах

Е. П. Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

А. С. Мокрушин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

И. А. Нагорнов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

В. М. Сапронова

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991; Миусская пл., 9, Москва, 125047

Ю. М. Горбань

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991; Миусская пл., 9, Москва, 125047

Ф. Ю. Горобцов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Т. Л. Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Н. П. Симоненко

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Н. Т. Кузнецов

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: ep_simonenko@mail.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Список литературы

  1. Kang H., Cho S., Ryu J. et al. // Adv. Funct. Mater. 2020. V. 30. № 27. https://doi.org/10.1002/adfm.202002486
  2. Goschnick J. // Microelectron. Eng. 2001. V. 57–58. P. 693. https://doi.org/10.1016/S0167-9317(01)00553-6
  3. Pazniak H., Plugin I.A., Loes M.J. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. № 4. P. 3195. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b02223
  4. Mao Z., Wang J., Gong Y. et al. // Micromachines. 2018. V. 9. № 11. P. 606. https://doi.org/10.3390/mi9110606
  5. Khorramifar A., Karami H., Lvova L. et al. // Sensors. 2023. V. 23. № 12. P. 5716. https://doi.org/10.3390/s23125716
  6. Persaud K., Dodd G. // Nature. 1982. V. 299. № 5881. P. 352. https://doi.org/10.1038/299352a0
  7. Yang B., Myung N.V., Tran T. // Adv. Electron. Mater. 2021. V. 7. № 9. P. 2100271. https://doi.org/10.1002/aelm.202100271
  8. Schroeder V., Evans E.D., Wu Y.-C.M. et al. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 8. P. 2101. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00825
  9. 9. Fedorov F.S., Simonenko N.P., Trouillet V. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 50. P. 56135. https://doi.org/10.1021/acsami.0c14055
  10. Li G., Zhu X., Liu J. et al. // Chemosensors. 2023. V. 11. № 4. P. 251. https://doi.org/10.3390/chemosensors11040251
  11. Germanese D., D’Acunto M., Magrini M. et al. // Sensors & Transducers. 2017. V. 215. № 8. P. 19.
  12. Wilson A. // Metabolites. 2015. V. 5. № 1. P. 140. https://doi.org/10.3390/metabo5010140
  13. van der Sar I.G., Wijbenga N., Nakshbandi G. et al. // Respir. Res. 2021. V. 22. № 1. P. 246. https://doi.org/10.1186/s12931-021-01835-4
  14. Güntner A.T., Koren V., Chikkadi K. et al. // ACS Sensors. 2016. V. 1. № 5. P. 528. https://doi.org/10.1021/acssensors.6b00008
  15. Jeong S.Y., Kim J.S., Lee J.H. // Adv. Mater. 2020. V. 32. Is. 51. https://doi.org/10.1002/adma.202002075
  16. Wei Z., Xiao X., Wang J. et al. // Sensors. 2017. V. 17. № 11. P. 2500. https://doi.org/10.3390/s17112500
  17. Nake A., Dubreuil B., Raynaud C. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2005. V. 106. № 1. P. 36. https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.05.034
  18. Simonenko N.P., Fisenko N.A., Fedorov F.S. et al. // Sensors (Switzerland). 2022. V. 22. № 3247. P. 1. https://doi.org/10.3390/s22093473
  19. Bax C., Bernasconi R., Massironi F. et al. // J. Electrochem. Soc. 2021. V. 168. № 4. P. 047513. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abf7e7
  20. Alshammari A.S., Alenezi M.R., Lai K.T. et al. // Mater. Lett. 2017. V. 189. P. 299. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.11.033
  21. Zhu Y., Yu L., Wu D. et al. // Sens. Actuators, A: Phys. 2021. V. 318. P. 112434. https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112434
  22. Dai Y., Huang J., Zhang H. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2019. V. 281. P. 746. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.11.014
  23. Zazoum B., Bachri A., Nayfeh J. // Materials (Basel). 2021. V. 14. № 21. P. 6603. https://doi.org/10.3390/ma14216603
  24. Li N., Jiang Y., Xiao Y. et al. // Nanoscale. 2019. V. 11. № 44. P. 21522. https://doi.org/10.1039/C9NR06751E
  25. Ravi Kumar Y., Deshmukh K., Kovářík T. et al. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 461. P. 214502. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214502
  26. Sett A., Rana T., Rajaji U. et al. // Sens. Actuators, A: Phys. 2022. V. 338. P. 113507. https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113507
  27. Tan W.C., Ang K. // Adv. Electron. Mater. 2021. V. 7. № 7. https://doi.org/10.1002/aelm.202001071
  28. Lazanas A.C., Prodromidis M.I. // Microchim. Acta. 2021. V. 188. № 1. P. 6. https://doi.org/10.1007/s00604-020-04674-0
  29. Gómez I.J., Alegret N., Dominguez-Alfaro A. et al. // Chemistry (Easton). 2021. V. 3. № 4. P. 1314. https://doi.org/10.3390/chemistry3040095
  30. Cao J., Chen Q., Wang X. et al. // Research. 2021. V. 2021. https://doi.org/10.34133/2021/9863038
  31. Choi S.-J., Kim I.-D. // Electron. Mater. Lett. 2018. V. 14. № 3. P. 221. https://doi.org/10.1007/s13391-018-0044-z
  32. Wu M., He M., Hu Q. et al. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 10. P. 2763. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b01308
  33. Lee E., VahidMohammadi A., Prorok B.C. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9. № 42. P. 37184. https://doi.org/10.1021/acsami.7b11055
  34. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Mokrushin A.S. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 5. P. 850. https://doi.org/10.3390/nano13050850
  35. Kim S.J., Koh H.J., Ren C.E. et al. // ACS Nano. 2018. V. 12. № 2. P. 986. ttps://doi.org/10.1021/acsnano.7b07460
  36. Shuvo S.N., Ulloa Gomez A.M., Mishra A. et al. // ACS Sensors. 2020. V. 5. № 9. P. 2915. https://doi.org/10.1021/acssensors.0c01287
  37. Li X., An Z., Lu Y. et al. // Adv. Mater. Technol. 2022. V. 7. № 3. P. 2100872. https://doi.org/10.1002/admt.202100872
  38. Majhi S.M., Ali A., Greish Y.E. et al. // ACS Appl. Electron. Mater. 2022. V. 4. № 8. P. 4094. https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c00717
  39. Sun Q., Wang J., Wang X. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. № 32. P. 16987. https://doi.org/10.1039/C9NR08350B
  40. Wu M., An Y., Yang R. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. № 6. P. 6257. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01059
  41. Majhi S.M., Ali A., Greish Y.E. et al. // Sci. Rep. 2023. V. 13. № 1. P. 3114. https://doi.org/10.1038/s41598-023-30002-6
  42. Guo L., Han H., Li Y. et al. // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 123. № 1. P. 013901. https://doi.org/10.1063/5.0156402
  43. Zhang Y., Jiang Y., Duan Z. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2021. V. 344. № 2. P. 130150. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130150
  44. Lee E., VahidMohammadi A., Yoon Y.S. et al. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 6. P. 1603. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00303
  45. Wu M., An Y., Yang R. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. № 6. P. 6257. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01059
  46. Liu P., Xu H., Wang X. et al. // J. Collоid Interface Sci. 2024. V. 655. P. 364. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.11.027
  47. Chen K., Guan Y., Tan L. et al. // Appl. Surf. Sci. 2023. V. 617. P. 156575. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156575
  48. Feng K., Li Y., Xu C. et al. // Electrochim. Acta. 2023. V. 444. P. 142022. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142022
  49. Zhao W., Yang Y., Deng Q. et al. // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. № 5. https://doi.org/10.1002/adfm.202210037
  50. Zhang Y., Cao J., Yuan Z. et al. // Small. 2022. V. 18. № 30. P. 2202313. https://doi.org/10.1002/smll.202202313
  51. Simonenko N.P., Glukhova O.E., Plugin I.A. et al. // Chemosensors. 2022. V. 11. № 1. P. 7. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010007
  52. Wang X., Gong L., Li Z. et al. // J. Mater. Chem. A. 2023. V. 11. № 14. P. 7690. https://doi.org/10.1039/D2TA07917H
  53. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Averin A.A. et al. // Chemosensors. 2023. V. 11. № 2. P. 142. https://doi.org/10.3390/chemosensors11020142
  54. Kuang D., Wang L., Guo X. et al. // J. Hazard. Mater. 2021. V. 416. P. 126171. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126171
  55. Liang D., Song P., Liu M. et al. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 7. P. 9059. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.089
  56. Fan C., Shi J., Zhang Y. et al. // Nanoscale. 2022. V. 14. № 9. P. 3441. https://doi.org/10.1039/D1NR06838E
  57. Gasso S., Mahajan A. // ACS Sensors. 2022. V. 7. № 8. P. 2454. https://doi.org/10.1021/acssensors.2c01213
  58. Simonenko E.P., Nagornov I.A., Mokrushin A.S. et al. // Materials (Basel). 2023. V. 16. № 13. P. 4506. https://doi.org/10.3390/ma16134506
  59. Simonenko N.P., Glukhova O.E., Plugin I.A. et al. // Chemosensors. 2022. V. 11. № 1. P. 7. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010007
  60. Badie S., Dash A., Sohn Y.J. et al. // J. Am. Ceram. Soc. 2021. V. 104. № 4. P. 1669. https://doi.org/10.1111/jace.17582
  61. Roy C., Banerjee P., Bhattacharyya S. // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 3. P. 923. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.10.020
  62. Luo W., Liu Y., Wang C. et al. // J. Mater. Chem. C. 2021. V. 9. № 24. P. 7697. https://doi.org/10.1039/D1TC01338F
  63. Liu A., Yang Q., Ren X. et al. // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 5. P. 6934. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.11.008
  64. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 5. P. 705. https://doi.org/10.1134/S0036023622050187
  65. Matthews K., Zhang T., Shuck C.E. et al. // Chem. Mater. 2022. V. 34. № 2. P. 499. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c03508
  66. Mokrushin A.S., Gorban Y.M., Averin A.A. et al. // Biosensors. 2023. V. 13. № 4. P. 445. https://doi.org/10.3390/bios13040445
  67. Mokrushin A.S., Gorban Y.M., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 12. P. 2099. https://doi.org/10.1134/S0036023622601520
  68. Nagornov I.A., Mokrushin A.S., Simonenko E.P. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 4. P. 539. https://doi.org/10.1134/S0036023622040143
  69. Wyckoff R.W.G. // Cryst. Struct. 1963. V. 1. P. 85.
  70. Etzkorn J., Ade M., Hillebrecht H. // Inorg. Chem. 2007. V. 46. № 18. P. 7646. https://doi.org/10.1021/ic700382y
  71. Yusupov K., Björk J., Rosen J. // Nanoscale Adv. 2023. V. 5. № 15. P. 3976. https://doi.org/10.1039/D2NA00830K
  72. Hart J.L., Hantanasirisakul K., Lang A.C. et al. // Nat. Commun. 2019. V. 10. № 1. P. 522. https://doi.org/10.1038/s41467-018-08169-8
  73. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Averin A.A. et al. // Chemosensors. 2023. V. 11. № 2. P. 142. https://doi.org/10.3390/chemosensors11020142
  74. Evans H.T., Mrose M.E. // Am. Mineral. 1955. V. 40. № 9–10. P. 861.
  75. Enjalbert R., Galy J. // Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1986. V. 42. № 11. P. 1467. https://doi.org/10.1107/S0108270186091825
  76. Pauling L., Sturdivant J.H. // Z. Krist. - Cryst. Mater. 1928. V. 68. № 1–6. P. 239. https://doi.org/10.1524/zkri.1928.68.1.239
  77. Grey I.E., Li C., Madsen I.C. et al. // Mater. Res. Bull. 1988. V. 23. № 5. P. 743. https://doi.org/10.1016/0025-5408(88)90040-2
  78. Meagher E.P., Lager G.A. // Can. Mineral. 1979. V. 17. P. 77.
  79. Kim Y., Gkountaras A., Chaix-Pluchery O. et al. // RSC Adv. 2020. V. 10. № 42. P. 25266. https://doi.org/10.1039/d0ra00842g
  80. Champagne A., Shi L., Ouisse T. et al. // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 11. P. 1. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.115439
  81. Ureña-Begara F., Crunteanu A., Raskin J.P. // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 403. P. 717. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.160
  82. Frank O., Zukalova M., Laskova B. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2012. V. 14. № 42. P. 14567. https://doi.org/10.1039/c2cp42763j
  83. Shvets P., Dikaya O., Maksimova K. et al. // J. Raman Spectrosc. 2019. V. 50. № 8. P. 1226. https://doi.org/10.1002/jrs.5616
  84. Tolosa A., Fleischmann S., Grobelsek I. et al. // ACS Appl. Energy Mater. 2018. V. 1. № 8. P. 3790. https://doi.org/10.1021/acsaem.8b00572
  85. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. № 11. P. 1850. https://doi.org/10.1134/S0036023622601222
  86. Gorobtsov P.Y., Mokrushin A.S., Simonenko T.L. et al. // Materials. 2022. V. 15. № 7837. P. 1. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/ma15217837
  87. Meyer J., Zilberberg K., Riedl T. et al. // J. Appl. Phys. 2011. V. 110. № 3. https://doi.org/10.1063/1.3611392
  88. Gorobtsov P.Y., Simonenko T.L., Simonenko N.P. et al. // Colloids Interfaces. 2023. V. 7. № 1. P. 20. https://doi.org/10.3390/colloids7010020
  89. Mansfeldova V., Zlamalova M., Tarabkova H. et al. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. № 3. P. 1902. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c10519

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024