Fe3O4 Nanoparticle-Decorated WSe2 Nanosheets for Selective Chemiresistive Detection of Gaseous Ammonia at Room Temperature

材料科学 异质结 共沉淀 半导体 纳米颗粒 剥脱关节 纳米技术 纳米化学 电阻率和电导率 成核 化学工程 光电子学 分析化学(期刊) 化学 色谱法 有机化学 电气工程 工程类 石墨烯
作者
Neha Sakhuja,Ravindra Kumar Jha,Suvra S. Laha,Ankit Rao,Navakanta Bhat
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (11): 11160-11171 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsanm.0c02306
摘要

A 2D/0D heteronanostructure (HNS) employing WSe2 as 2D nanosheets and Fe3O4 as 0D nanoparticles has been facilely synthesized at room temperature using a simple wet chemical route. The process involved liquid-phase exfoliation of WSe2 nanosheets, followed by a coprecipitation method for the subsequent nucleation of nanoparticles on the former. The hence-formed hybrid along with its pristine counterparts has been investigated for ammonia-sensing properties. Herein, WSe2 behaves as a p-type semiconductor and Fe3O4 as an n-type semiconductor as per the trends observed in the modulation of electrical conductivity in the presence of ammonia. As expected, the HNS demonstrated ultrasensitive (R % = 510% to 3 ppm) and selective response toward ammonia at room temperature when compared to WSe2 (53.2% to 3 ppm) and Fe3O4 (128% to 3 ppm) alone. The 10-fold increase in sensitivity for ammonia sensing achieved by fabricating a heterostructure enabled the detection down to 50 ppb with a response magnitude of 2.4%. Moreover, our sensor exhibits an ultrafast recovery of 13 s toward 50 ppb NH3 at room temperature without any external stimulus. Importantly, the repeatability and long-term stability over a period of few months seem to be promising. Therefore, the sensor can reliably be deployed in a real environment for practical gas-sensing applications. The exemplary gas-sensing performance achieved here can be ascribed to the enlarged specific surface area (219 m2/g) and the electronic effect of type II p–n heterostructures. This work can pave the way for the utilization of HNS of other 2D/0D materials for the ultrasensitive and selective gas-sensing applications.
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