Ultra-sensitive NH3 sensor based on flower-shaped SnS2 nanostructures with sub-ppm detection ability

吸附 纳米花 解吸 材料科学 氧气 检出限 纳米结构 选择性 薄膜 纳米技术 化学工程 化学 物理化学 催化作用 色谱法 有机化学 工程类
作者
Ya Xiong,Wangwang Xu,Degong Ding,Wenbo Lu,Lei Zhu,Zongye Zhu,Ying Wang,Qingzhong Xue
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:341: 159-167 被引量:168
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2017.07.060
摘要

Layered metal dichalcogenides (LMDs) semiconducting materials have recently attracted tremendous attention as high performance gas sensors due to unique chemical and physical properties of thin layers. Here, three-dimensional SnS2 nanoflower structures assembled with thin nanosheets were synthesized via a facile solvothermal process. When applied to detect 100ppm NH3 at 200°C, the SnS2 based sensor exhibited high response value of 7.4, short response/recovery time of 40.6s/624s. Moreover, the sensor demonstrated a low detection limit of 0.5ppm NH3 and superb selectivity to NH3 against CO2, CH4, H2, ethanol and acetone. The excellent performance is attributed to the unique thin layers assembled flower-like nanoarchitecture, which facilitates both the carrier charge transfer process and the adsorption/desorption reaction. More importantly, it was found that the sensor response enhanced with increasing oxygen content in background and was improved by 3.57 times with oxygen content increasing from 0 to 40%. The increased response is owing to the enhanced binding energies between SnS2 and NH3 moleculers. Theoretically, density functional theory was employed to reveal the NH3 adsorption mechanism in different background oxygen contents, which opens a new horizon for LMD based structures applied in various gas sensing fields.
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