Получение и хемосенсорные свойства композиционного материала Ti2CTx–10 мол. % SnO2

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Разработан гибридный метод получения композиционного материала Ti2CTx–10 мол. % SnO2, сочетающий в себе осаждение в присутствии диспергированных аккордеоноподобных агрегатов максена и последующую гидротермальную обработку. В результате многослойный максен декорирован наночастицами диоксида олова размером ~2–4 нм, а межслоевое расстояние многослойного максена Ti2CTx увеличилось с 11.6 до 13.5 Å. Установлена высокая чувствительность рецепторного слоя полученного композиционного материала Ti2CTx–SnO2, нанесенного с применением микроплоттерной печати, при комнатной температуре и в условиях относительной влажности 23% по отношению к 100 ppm этанола, аммиака и диоксида азота. Определенные высокие отклики нанокомпозита на изменение влажности позволяют рассматривать его в качестве перспективного рецепторного материала для датчика влажности.

Полный текст

Доступ закрыт

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

С. А. Дмитриева

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

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. Hooshmand S., Kassanos P., Keshavarz M. et al. // Sensors. 2023. V. 23. № 20. P. 8648. https://doi.org/10.3390/s23208648
  2. Berwal P., Sihag S., Rani S. et al. // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. № 37. P. 14835. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.3c02288
  3. Khorramifar A., Karami H., Lvova L. et al. // Sensors. 2023. V. 23. № 12. P. 5716. https://doi.org/10.3390/s23125716
  4. Prasad P., Raut P., Goel S. et al. // Environ. Monit. Assess. 2022. V. 194. № 12. P. 855. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10479-w
  5. Nazemi H., Joseph A., Park J. et al. // Sensors. 2019. V. 19. № 6. P. 1285. https://doi.org/10.3390/s19061285
  6. Fine G.F., Cavanagh L.M., Afonja A. et al. // Sensors. 2010. V. 10. № 6. P. 5469. https://doi.org/10.3390/s100605469
  7. De Vito S., Piga M., Martinotto L. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2009. V. 143. № 1. P. 182. https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.08.041
  8. Raju P., Li Q. // J. Electrochem. Soc. 2022. V. 169. № 5. P. 057518. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac6e0a
  9. Chai H., Zheng Z., Liu K. et al. // IEEE Sens. J. 2022. V. 22. № 6. P. 5470. https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3148264
  10. Yadav M., Kumar M., Chaudhary S. et al. // Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. № 29. P. 11259. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.3c00242
  11. Yang B., Myung N.V., Tran T. // Adv. Electron. Mater. 2021. V. 7. № 9. P. 2100271. https://doi.org/10.1002/aelm.202100271
  12. Castañeda L., Gonzalez-Alatriste M., Avendaño-Alejo M. // Sens. Lett. 2016. V. 14. № 4. P. 331. https://doi.org/10.1166/sl.2016.3631
  13. Dadkhah M., Tulliani J.-M. // Sensors. 2022. V. 22. № 13. P. 4669. https://doi.org/10.3390/s22134669
  14. Marikutsa A., Rumyantseva M., Konstantinova E.A. et al. // Sensors. 2021. V. 21. № 7. P. 2554. https://doi.org/10.3390/s21072554
  15. Yuliarto B., Gumilar G., Septiani N.L.W. // Adv. Mater. Sci. Eng. 2015. V. 2015. P. 1. https://doi.org/10.1155/2015/694823
  16. Pazniak H., Plugin I.A., Sheverdyaeva P.M. et al. // Sensors. 2024. V. 1. № 1. P. 38. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/s24010038
  17. Szczurek A., Gonstał D., Maciejewska M. // Sensors. 2024. V. 24. № 5. P. 1461. https://doi.org/10.3390/s24051461
  18. Simonenko N.P., Glukhova O.E., Plugin I.A. et al. // Chemosensors. 2022. V. 11. № 1. P. 7. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010007
  19. 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
  20. Ivanov S., Todorov T., Nenov T. et al. // Int. Conf. Autom. Informatics, IEEE, 2023. P. 290. https://doi.org/10.1109/ICAI58806.2023.10339030
  21. Qian J., Tian F., Luo Y. et al. // IEEE Trans. Ind. Electron. 2022. V. 69. № 5. P. 5314. https://doi.org/10.1109/TIE.2021.3080218
  22. Qian J., Luo Y., Tian F. et al. // IEEE Trans. Ind. Electron. 2021. V. 68. № 7. P. 6276. https://doi.org/10.1109/TIE.2020.3000114
  23. Devabharathi N., M. Umarji A., Dasgupta S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 51. P. 57207. https://doi.org/10.1021/acsami.0c14704
  24. Bhati V.S., Kumar M., Banerjee R. // J. Mater. Chem. С. 2021. V. 9. № 28. P. 8776. https://doi.org/10.1039/D1TC01857D
  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. Nahirniak S., Saruhan B. // Sensors. 2022. V. 22. № 3. P. 972. https://doi.org/10.3390/s22030972
  29. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Mokrushin A.S. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 850. P. 1. https://doi.org/10.3390/nano13050850
  30. Xin M., Li J., Ma Z. et al. // Front. Chem. 2020. V. 8. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00297
  31. Kim S.J., Koh H.J., Ren C.E. et al. // ACS Nano. 2018. V. 12. № 2. P. 986. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b07460
  32. Wang J., Yang Y., Xia Y. // Sens. Actuators, B: Chem. 2022. V. 353. P. 131087. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.131087
  33. 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
  34. 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
  35. Lee E., Kim D.-J. // J. Electrochem. Soc. 2020. V. 167. № 3. P. 037515. https://doi.org/10.1149/2.0152003JES
  36. Wu M., He M., Hu Q. et al. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 10. P. 2763. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b01308
  37. Sun Q., Wang J., Wang X. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. № 32. P. 16987. https://doi.org/10.1039/C9NR08350B
  38. Zhou L., Hu Y., Li S. et al. // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 123. № 16. https://doi.org/10.1063/5.0175767
  39. Kang S., Mirzaei A., Shin K.Y. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2023. V. 375. P. 132882. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132882
  40. Liu S., Wang M., Ge C. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2022. V. 365. P. 131919. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131919
  41. Zhang B., Li C., Li M. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 24. P. 4464. https://doi.org/10.3390/nano12244464
  42. Liu X., Zhang H., Shen T. et al. // Ceram. Int. 2024. V. 50. № 1. P. 2459. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.11.032
  43. Yang E., Park K.H., Oh T. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2024. V. 409. P. 135542. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135542
  44. Yu H., Dai L., Liu Y. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 962. P. 171170. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171170
  45. Zhu X., Li J., Chang X. et al. // Appl. Surf. Sci. 2024. V. 660. P. 159976. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159976
  46. Zhang D., Jiang J., Yang Y. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2024. V. 410. P. 135727. https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135727
  47. Chu L., Yan H., Xie W. et al. // Chin. Chem. Lett. 2023. V. 34. № 8. P. 108512. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108512
  48. Wang C., Li R., Feng L. et al. // Chemosensors. 2022. V. 10. № 3. P. 109. https://doi.org/10.3390/chemosensors10030109
  49. Wang Z., Wang F., Hermawan A. et al. // J. Mater. Sci. Technol. 2021. V. 73. P. 128. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.07.040
  50. Zhang Y., Wang M.-Y., San X.-G. et al. // Rare Met. 2024. V. 43. № 1. P. 267. https://doi.org/10.1007/s12598-023-02456-0
  51. 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
  52. Xu X., Jiang H., Liu W. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2024. V. 7. № 4. P. 4324. https://doi.org/10.1021/acsanm.3c05859
  53. Wu P., Li Y., Xiao S. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. № 42. P. 48200. https://doi.org/10.1021/acsami.2c11216
  54. Zhu M., Deng X., Feng Z. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 886. P. 161139. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161139
  55. 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
  56. 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
  57. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Gorobtsov P.Y. et al. // Chemosensors. 2022. V. 11. № 1. P. 13. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010013
  58. 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
  59. Simonenko E.P., Nagornov I.A., Mokrushin A.S. et al. // Micromachines. 2023. V. 14. № 4. P. 725. https://doi.org/10.3390/mi14040725
  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. Zhang Z., Zhou Y., Wu S. et al. // Ceram. Int. 2023. V. 49. № 22. P. 36942. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.09.025
  62. 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
  63. 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
  64. Luo W., Liu Y., Wang C. et al. // J. Mater. Chem. С. 2021. V. 9. № 24. P. 7697. https://doi.org/10.1039/D1TC01338F
  65. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Gorobtsov P.Y. et al. // Chemosensors. 2022. V. 11. № 1. P. 13. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010013
  66. Mokrushin A.S., Simonenko Т.L., Simonenko N.P. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 868. P. 159090. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159090
  67. Mokrushin A.S., Simonenko Т.L., Simonenko N.P. et al. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 578. P. 151984. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151984
  68. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Simonenko Т.L. et al. // Mater. Sci. Eng. B. 2021. V. 271. P. 115233. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2021.115233
  69. Wyckoff R.W.G. // Cryst. Struct. 1963. V. 1. P. 85.
  70. Lane N.J., Vogel S.C., Caspi E.N. et al. // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. № 18. P. 183519. https://doi.org/10.1063/1.4803700
  71. Baur W.H., Khan A.A. // Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Crystallogr. Cryst. Chem. 1971. V. 27. № 11. P. 2133. https://doi.org/10.1107/S0567740871005466
  72. Wyckoff R.W.G. // Cryst. Struct. 1963. P. 239.
  73. Yang Z., Liu A., Wang C. et al. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 5. P. 1261. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00127
  74. Koh H.-J., Kim S.J., Maleski K. et al. // ACS Sensors. 2019. V. 4. № 5. P. 1365. https://doi.org/10.1021/acssensors.9b00310
  75. Liu S., Wang M., Liu G. et al. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 567. P. 150747. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150747
  76. Zhang C., Zhang Y., Cao K. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. № 5. P. 6463. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.229
  77. Han Y., Cao H., Cao Y. et al. // J. Mater. Chem. С. 2024. V. 12. № 13. P. 4809. https://doi.org/10.1039/D4TC00111G

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы порошков исходной МАХ-фазы Ti2AlC, синтезированного многослойного максена Ti2CTx и рецепторного слоя нанокомпозита Ti2CTx–10 мол. % SnO2.

Скачать (247KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микроструктура композиционного порошка Ti2CTx–10 мол. % SnO2 по данным ПЭМ. Зелеными стрелками обозначено внедрение наночастиц SnO2 между слоями аккордеоноподобного максена Ti2CTx.

Скачать (750KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микроструктура рецепторного слоя Ti2CTx–10 мол. % SnO2 по данным РЭМ.

Скачать (795KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграмма селективности композиционного покрытия Ti2CTx–10 мол. % SnO2, составленная из откликов на различные газы (100 ppm CO, NH3, NO2, C6H6, C3H6O, C2H5OH, 1000 ppm H2, CH4, 10% O2 и 23% ΔRH). Знак “+” соответствует увеличению электрического сопротивления, а знак “–” – уменьшению. Все измерения выполнены при комнатной температуре и относительной влажности 23 ± 1%.

Скачать (82KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Отклики композиционного покрытия Ti2CTx–10 мол. % SnO2 на ΔRH = 2–54% (а); зависимость отклика от ΔRH в газовой атмосфере (б). Все измерения проведены при комнатной температуре и относительной влажности 23 ± 1%.

Скачать (164KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Воспроизводимость сигнала композиционного покрытия Ti2CTx–10 мол. % SnO2 на изменение относительной влажности ΔRH = 6%. Все измерения проведены при комнатной температуре и относительной влажности 23 ± 1%.

Скачать (149KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».