Получение и хемосенсорные свойства нанокомпозита, полученного при гидротермальном модифицировании Ti2CTx иерархически организованным Co(CO3)0.5 (OH) ⋅ 0.11H2O

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Изучен процесс модифицирования многослойного максена Ti2CTx путем гидротермального синтеза объемных иерархически организованных образований Co(CO3)0.5(OH) ⋅ 0.11H2O. Показано, что в выбранных условиях происходит частичное окисление максена с образованием на поверхности его агрегатов наночастиц диоксида титана диаметром ~3–10 нм. Исследованы сенсорные свойства полученного композиционного материала при комнатной температуре и относительной влажности 65 ± 3% по отношению к широкому ряду газообразных аналитов (50 ppm CO, бензола, ацетона, этанола, 2500 ppm H2, CH4, 5% O2 и 40 ppm NH3, NO2). Установлена повышенная чувствительность при детектировании 40 ppm NH3 и NO2: отклики составили 91 и 63% соответственно. Рассмотрены некоторые аспекты механизма детектирования. Полученные результаты показывают перспективность модифицирования многослойных максенов полупроводниковыми оксидами металлов и объемными иерархически сформированными образованиями с целью улучшения их хеморезистивных характеристик.

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, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31

А. С. Мокрушин

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

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

И. А. Нагорнов

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

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

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, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 31; 125047, Москва, Миусская пл., 9

Т. Л. Симоненко

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

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

Н. П. Симоненко

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

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

Н. Т. Кузнецов

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

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

Список литературы

  1. Zhang D., Pan W., Tang M. et al. // Nano Res. 2023. V. 16. № 10. P. 11959. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5233-2
  2. Laor Y., Parker D., Pagé T. // Rev. Chem. Eng. 2014. V. 30. № 2. https://doi.org/10.1515/revce-2013-0026
  3. Han Z., Qi Y., Yang Z. et al. // J. Mater. Chem. С. 2020. V. 8. № 38. P. 13169. https://doi.org/10.1039/D0TC03750H
  4. Saxena P., Shukla P. // Environ. Prog. Sustain. Energy. 2023. V. 42. № 5. https://doi.org/10.1002/ep.14126
  5. Tyagi S., Chaudhary M., Ambedkar A.K. et al. // Sens. Diagnostics. 2022. V. 1. № 1. P. 106. https://doi.org/10.1039/D1SD00034A
  6. Kaur L. // J. Indian Chem. Soc. 2023. V. 100. № 6. P. 101019. https://doi.org/10.1016/j.jics.2023.101019
  7. Yuan Y., Jia H., Xu D. et al. // Sci. Total Environ. 2023. V. 857. P. 159563. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159563
  8. Joshi N., Hayasaka T., Liu Y. et al. // Microchim. Acta. 2018. V. 185. № 4. P. 213. https://doi.org/10.1007/s00604-018-2750-5
  9. Lay-Ekuakille A., Ikezawa S., Mugnaini M. et al. // Measurement. 2017. V. 98. P. 49. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2016.10.055
  10. Dahmann D., Mosimann T., Matter U. // J. Aerosol Sci. 2000. V. 31. P. 21. https://doi.org/10.1016/S0021-8502(00)90027-2
  11. Das S., Mojumder S., Saha D. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2022. V. 352. P. 131066. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.131066
  12. Righettoni M., Amann A., Pratsinis S.E. // Mater. Today. 2015. V. 18. № 3. P. 163. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2014.08.017
  13. Wang Z., Wang C. // J. Breath Res. 2013. V. 7. № 3. P. 037109. https://doi.org/10.1088/1752-7155/7/3/037109
  14. Zhou X., Xue Z., Chen X. et al. // J. Mater. Chem. B. 2020. V. 8. № 16. P. 3231. https://doi.org/10.1039/C9TB02518A
  15. Amann A., Corradi M., Mazzone P. et al. // Expert Rev. Mol. Diagn. 2011. V. 11. № 2. P. 207. https://doi.org/10.1586/erm.10.112
  16. Tai H., Wang S., Duan Z. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2020. V. 318. P. 128104. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128104
  17. Zhai S., Li Z., Zhang H. et al. // Eng. Appl. Artif. Intell. 2024. V. 133. P. 108038. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2024.108038
  18. Deshmukh S., Bandyopadhyay R., Bhattacharyya N. et al. // Talanta. 2015. V. 144. P. 329. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.06.050
  19. Montuschi P., Mores N., Trové A. et al. // Respiration. 2013. V. 85. № 1. P. 72. https://doi.org/10.1159/000340044
  20. Behera B., Joshi R., Anil Vishnu G.K. et al. // J. Breath Res. 2019. V. 13. № 2. P. 024001. https://doi.org/10.1088/1752-7163/aafc77
  21. Yaqoob U., Younis M.I. // Sensors. 2021. V. 21. № 8. P. 2877. https://doi.org/10.3390/s21082877
  22. Fazio E., Spadaro S., Corsaro C. et al. // Sensors. 2021. V. 21. № 7. P. 2494. https://doi.org/10.3390/s21072494
  23. Zhu L.-Y., Ou L.-X., Mao L.-W. et al. // Nano-Micro Lett. 2023. V. 15. № 1. P. 89. https://doi.org/10.1007/s40820-023-01047-z
  24. Drmosh Q.A., Olanrewaju Alade I., Qamar M. et al. // Chem. – An Asian J. 2021. V. 16. № 12. P. 1519. https://doi.org/10.1002/asia.202100303
  25. Yu H., Guo C., Zhang X. et al. // Adv. Sustain. Syst. 2022. V. 6. № 4. https://doi.org/10.1002/adsu.202100370
  26. Ahmadipour M., Pang A.L., Ardani M.R. et al. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2022. V. 149. P. 106897. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.106897
  27. Yang D., Gopal R.A., Lkhagvaa T. et al. // Meas. Sci. Technol. 2021. V. 32. № 10. P. 102004. https://doi.org/10.1088/1361-6501/ac03e3
  28. Tyagi D., Wang H., Huang W. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. № 6. P. 3535. https://doi.org/10.1039/C9NR10178K
  29. Noreen S., Tahir M.B., Hussain A. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 2. P. 1371. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.044
  30. 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
  31. Hassan M., Liu S., Liang Z. et al. // J. Adv. Ceram. 2023. V. 12. № 12. P. 2149. https://doi.org/10.26599/JAС. 2023.9220810
  32. Mirzaei A., Lee M.H., Safaeian H. et al. // Sensors. 2023. V. 23. № 21. P. 8829. https://doi.org/10.3390/s23218829
  33. Wang F., Yeap S.P., Cheok C.Y. et al. // ChemBioEng. Rev. 2023. V. 10. № 6. P. 907. https://doi.org/10.1002/cben.202300010
  34. Mashangva T.T., Goel A., Bagri U. et al. // Appl. Mater. Today. 2024. V. 38. P. 102163. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2024.102163
  35. Bhati V.S., Kumar M., Banerjee R. // J. Mater. Chem. С. 2021. V. 9. № 28. P. 8776. https://doi.org/10.1039/D1TC01857D
  36. Sai Bhargava Reddy M., Aich S. // Coord. Chem. Rev. 2024. V. 500. P. 215542. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215542
  37. Simonenko E.P., Simonenko N.P., Mokrushin A.S. et al. // Nanomaterials. 2023. V. 13. № 850. P. 1. https://doi.org/10.3390/nano13050850
  38. Sun Q., Wang J., Wang X. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. № 32. P. 16987. https://doi.org/10.1039/C9NR08350B
  39. 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
  40. 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
  41. Simonenko E.P., Nagornov I.A., Mokrushin A.S. et al. // Micromachines. 2023. V. 14. № 4. P. 725. https://doi.org/10.3390/mi14040725
  42. Fan C., Shi J., Zhang Y. et al. // Nanoscale. 2022. V. 14. № 9. P. 3441. https://doi.org/10.1039/D1NR06838E
  43. 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
  44. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Averin A.A. et al. // Chemosensors. 2023. V. 11. № 2. P. 142. https://doi.org/10.3390/chemosensors11020142
  45. 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
  46. Gasso S., Mahajan A. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2022. V. 152. P. 107048. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2022.107048
  47. Shao Z., Zhao Z., Chen P. et al. // Inorg. Nano-Metal Chem. 2022. P. 1. https://doi.org/10.1080/24701556.2022.2078363
  48. Han Y., Zhang W., Ding Y. et al. // Analyst. 2024. V. 149. № 7. P. 2016. https://doi.org/10.1039/D3AN02191B
  49. Hermawan A., Zhang B., Taufik A. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. № 5. P. 4755. https://doi.org/10.1021/acsanm.0c00749
  50. Wang L., Yao X., Yuan S. et al. // RSC Adv. 2023. V. 13. № 9. P. 6264. https://doi.org/10.1039/D2RA06903B
  51. Yao Y., Li Z., Han Y. et al. // Chem. Eng. J. 2023. V. 451. P. 139029. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139029
  52. Liu Z., Mo X., Tian S. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2024. V. 400. P. 134853. https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134853
  53. Song Y., Liu X., Deng C. et al. // Ceram. Int. 2024. V. 50. № 7. P. 10715. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.12.387
  54. Bu X., Ma F., Wu Q. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2022. V. 369. P. 132232. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132232
  55. Zhang D., Mi Q., Wang D. et al. // Sens. Actuators, B: Chem. 2021. V. 339. P. 129923. https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.129923
  56. 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
  57. 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
  58. 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
  59. 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
  60. 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
  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. С. 2021. V. 9. № 24. P. 7697. https://doi.org/10.1039/D1TC01338F
  63. Galvin T., Hyatt N.C., Rainforth W.M. et al. // J. Eur. Ceram. Soc. 2018. V. 38. № 14. P. 4585. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.06.034
  64. Roy C., Banerjee P., Mondal S. et al. // Mater. Today Chem. 2022. V. 26. P. 101160. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2022.101160
  65. Nadimi H., Soltanieh M., Sarpoolaky H. // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 7. P. 9024. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.084
  66. Mokrushin A.S., Nagornov I.A., Gorobtsov P.Y. et al. // Chemosensors. 2022. V. 11. № 1. P. 13. https://doi.org/10.3390/chemosensors11010013
  67. 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
  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. Nagornov I.A., Mokrushin A.S., Simonenko E.P. et al. // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 6. P. 7756. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.11.279
  70. 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
  71. 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
  72. Simonenko Т. L., Simonenko N.P., Gorobtsov P.Y. et al. // Appl. Sci. 2023. V. 13. № 10. P. 5844. https://doi.org/10.3390/app13105844
  73. Simonenko Т. L., Simonenko N.P., Gorobtsov P.Y. et al. // Materials (Basel). 2023. V. 16. № 12. P. 4202. https://doi.org/10.3390/ma16124202
  74. 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
  75. Zhang D., Yu S., Wang X. et al. // J. Hazard. Mater. 2022. V. 423. P. 127160. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127160
  76. Zhou Y., Wang Y., Wang Y. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 47. P. 56485. https://doi.org/10.1021/acsami.1c17429
  77. Porta P., Dragone R., Fierro G. et al. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1992. V. 88. № 3. P. 311. https://doi.org/10.1039/FT9928800311
  78. Weirich T., Winterer M., Seifried S. et al. // Ultramicroscopy. 2000. V. 81. № 3–4. P. 263. https://doi.org/10.1016/S0304-3991(99)00189-8
  79. Zhou T., Gao W., Wang Q. et al. // Materials (Basel). 2018. V. 11. № 2. P. 207. https://doi.org/10.3390/ma11020207
  80. Wu J., Mi R., Li S. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 32. P. 25304. https://doi.org/10.1039/C4RA16937A
  81. Melchior S.A., Raju K., Ike I.S. et al. // J. Electrochem. Soc. 2018. V. 165. № 3. P. A501. https://doi.org/10.1149/2.0401803jes

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микроструктура синтезированных агрегатов аккордеоноподобного максена Ti2CTx по данным ПЭМ

Скачать (439KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микроструктура частиц многослойного Ti2CTx после гидротермального синтеза Co(CO3)0.5(OH) ⋅ 0.11H2O по данным ПЭМ

Скачать (454KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые ДСК (синяя) и ТГА (зеленая) использованных функциональных чернил (дисперсии нанокомпозита Ti2CTx– Co(CO3)0.5(OH) ⋅ 0.11H2O) в токе воздуха

Скачать (311KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгенограммы исходного порошка МАХ-фазы Ti2AlC, многослойного максена Ti2CTx и полученного в результате гидротермального синтеза нанокомпозита (покрытие на стеклянной подложке)

Скачать (217KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Раман-спектр полученного композиционного покрытия Ti2CTx–Co(CO3)0.5(OH) ⋅ 0.11H2O

Скачать (92KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Микроструктура композиционного покрытия Ti2CTx–Co(CO3)0.5(OH) ⋅ 0.11H2O, нанесенного методом микроплоттерной печати, по данным РЭМ; стрелками указаны включения Co(CO3)0.5(OH) ⋅ 0.11H2O

Скачать (793KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Диаграмма селективности, составленная из откликов на различные газы: 50 ppm CO, C6H6, C3H6O, C2H5OH, 2500 ppm H2, CH4, 5% O2 и 40 ppm NH3, NO2. Знак “+” соответствует увеличению электрического сопротивления, знак “–” – уменьшению; измерения проведены при комнатной температуре и RH = 65 ± 3%

Скачать (86KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменение сигналов при детектировании 40 ppm NH3: электрического сопротивления (а) и отклика (б); измерения проведены при комнатной температуре и RH = 65 ± 3%

Скачать (153KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024