Quasicrystal Nanosheet/α-Fe2O3 Heterostructure-Based Low Power NO2 Sensors: Experimental and DFT Studies

纳米片 材料科学 异质结 氧化剂 选择性 制作 吸附 灵敏度(控制系统) 光电子学 纳米技术 催化作用 电子工程 物理化学 工程类 医学 生物化学 化学 替代医学 有机化学 病理
作者
Sumit Kumar,Mirabbos Hojamberdiev,Anyesha Chakraborty,Rahul Mitra,Rajneesh Chaurasiya,Monika Kwoka,Chandra Sekhar Tiwary,Krishanu Biswas,Mahesh Kumar
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (13): 16687-16698 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00201
摘要

Industrial emissions, environmental monitoring, and medical fields have put forward huge demands for high-performance and low power consumption sensors. Two-dimensional quasicrystal (2D QC) nanosheets of metallic multicomponent Al70Co10Fe5Ni10Cu5 have emerged as a promising material for gas sensors due to their excellent catalytic and electronic properties. Herein, we demonstrate highly sensitive and selective NO2 sensors developed by low-cost and scalable fabrication techniques using 2D QC nanosheets and α-Fe2O3 nanoparticles. The sensitivity (ΔR/R%) of the optimal amount of 2D QC nanosheet-loaded α-Fe2O3 sensor was 32%, which is significantly larger about 3.5 times than bare α-Fe2O3 sensors for 1 ppm of NO2 at 150 °C operating temperature. The sensors exhibited p-type conduction, and resistance was reduced when exposed to NO2, an oxidizing gas. The enhanced sensing characteristics are a result of the formation of nanoheterojunctions between 2D QC and α-Fe2O3, which improved the charge transport and provided a large sensing signal. In addition, the heterojunction sensor demonstrated excellent NO2 selectivity over other oxidizing and reducing gases. Furthermore, density functional theory calculation examines the adsorption energy and charge transfer between NO2 molecules on the α-Fe2O3(110) and QC/α-Fe2O3(110) heterostructure surfaces, which coincides well with the experimental results.
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