Газочувствительные свойства наноструктур дисульфида молибдена

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Gas-sensitive layers of MoS2 were synthesized using a hydrothermal method. Their morphology was studied by scanning electron microscopy and the surface composition was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. The interaction of the synthesized layers with isopropanol vapor at room temperature was examined using impedance spectroscopy. The results demonstrate their potential application for detecting reducing gases at room temperature.

About the authors

S. S. Nalimova

Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI” named after V.I. Ulyanov (Lenin); St. Petersburg Academic University of the Russian Academy of Sciences (Alferov University)

Email: sskarpova@list.ru
Prof. Popov St., 5 lit. F, Saint Petersburg, 197022 Russia; Khlopina St., 8, bld. 3, Saint Petersburg, 194021 Russia

Z. V. Shomakhov

Kabardino-Balkarian State University named after H. M. Berbekov

Email: sskarpova@list.ru
Chernyshevsky St., 173, Nalchik, 360004 Russia

N. A. Morozova

Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI” named after V.I. Ulyanov (Lenin)

Email: sskarpova@list.ru
Prof. Popov St., 5 lit. F, Saint Petersburg, 197022 Russia

V. M. Kondrat'ev

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); St. Petersburg Academic University of the Russian Academy of Sciences (Alferov University)

Email: sskarpova@list.ru
Institutskiy lane, 9, Dolgoprudny, Moscow region, 141701 Russia; Khlopina St., 8, bld. 3, Saint Petersburg, 194021 Russia

K. D. Bui

Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI” named after V.I. Ulyanov (Lenin)

Email: sskarpova@list.ru
Prof. Popov St., 5 lit. F, Saint Petersburg, 197022 Russia

V. A. Moshnikov

Saint Petersburg State Electrotechnical University “LETI” named after V.I. Ulyanov (Lenin)

Author for correspondence.
Email: sskarpova@list.ru
Prof. Popov St., 5 lit. F, Saint Petersburg, 197022 Russia

References

  1. Карманов А.А., Пронин И.А., Якушова Н.Д., Комолов А.С., Мошников В.А.Исследование поверхностных превращений в золь–гель-пленках на основе оксида цинка при ультрафиолетовом фотоотжиге методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 11. С. 1184–1191. https://doi.org/10.31857/S0002337X22110070
  2. Крастева Л.К., Димитров Д.Ц., Папазова К.И., Николаев Н.К., Пешкова Т.В., Мошников В.А., Грачева И.Е., Карпова С.С., Канева Н.В.Синтез и характеризация наноструктурированных слоев оксида цинка для сенсорики // ФТП. 2013. Т. 47. № 4. С.564–569.
  3. Кононова И.Е., Кононов П.В., Мошников В.А.Развитие модели образования материалов с иерархической структурой пор, созданных в условиях золь–гель-процессов // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 5. С. 500–512.
  4. Налимова С.С., Мякин С.В., Мошников В.А.Управление функциональным составом поверхности и улучшение газочувствительных свойств металлооксидных сенсоров посредством электронно-лучевой обработки // ФХС. 2016. Т. 42. № 6.С. 773–780.
  5. Zhao J., Wang H., Cai Y., Zhao J., Gao Z., Song Y.-Y.The challenges and opportunities for TiO2nanostructures in gas sensing // ACS Sens. 2024.V.9. № 4. P. 1644–1655. https://doi.org/10.1021/acssensors.4c00137
  6. Shi Y.,Li X.,Sun X.F.,Shao X.,Wang H.Y.Strategies for improving the sensing performance of In2O3-based gas sensors for ethanol detection // J. Alloys Compd.2023.V. 963.P. 171190. https://doi.org/10.1016/ j.jallcom.2023.171190
  7. Рябко А.А., Бобков А.А., Налимова С.С., Максимов А.И., Левицкий В.С., Мошников В.А., Теруков Е.И.Газочувствительность наноструктурированных покрытий на основе наностержней оксида цинка при комбинированной активации // ЖТФ. 2022. Т. 92. № 5.С.758–764. https://doi.org/10.21883/JTF.2022.05.52382.314-21
  8. Krishna K.G., Parne S., Pothukanuri N., Kathirvelu V., Gandi S., Joshi D.Nanostructured metal oxide semiconductor-based gas sensors: A comprehensive review // Sens. Actuators, A. 2022. V. 341.P.113578. https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113578
  9. Tian W., Liu X., Yu W.Research Progress of Gas Sensor Based on Graphene and Its Derivatives: A Review // Appl. Sci. 2018. V. 8. P. 1118. https://doi.org/10.3390/app8071118
  10. Seekaew Y., Phokharatkul D., Wisitsoraat A., Wongchoosuk C.Highly sensitive and selective room-temperature NO2gas sensor based on bilayer transferred chemical vapor deposited graphene // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 40. P. 357–363. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.01.286
  11. Buckley D.J., Black N.C.G., Castanon E.G., Melios C., Hardman M., Kazakova O.Frontiers of graphene and 2D material-based gas sensors for environmental monitoring // 2D Mater. 2020. V. 7. № 3. P. 032002. https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab7bc5
  12. Wang Z., Bu M., Hu N., Zhao L.An overview on room-temperature chemiresistor gas sensors based on 2D materials: Research status and challenge // Composites, Part B. 2023. V. 248. P. 110378. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110378
  13. Mihin A.O., Firsov D.D., Komkov O.S.Investigation of energy transitions in MoS2by photoreflectance spectroscopy method // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1695. P. 012111. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1695/1/012111
  14. Kumar R., Zheng W., Liu X., Zhang J., Kumar M.MoS2-Based Nanomaterials for Room-Temperature Gas Sensors // Adv. Mater. Technol. 2020. P. 1901062. https://doi.org/10.1002/admt.201901062
  15. Sun J., Li X., Guo W., Zhao M., Fan X., Dong Y., Xu C., Deng J., Fu Y.Synthesis methods of two-dimensional MoS2: a brief review // Crystals. 2017. V. 7. № 7. P. 198. https://doi.org/10.3390/cryst7070198
  16. Lee S.-J., Son Y.-S., Choi J.-H., Kim S.-S., Park S.-Y.Morphology and catalytic performance of MoS2hydrothermally synthesized at various pH values // Catalysts. 2021. V. 11. № 10. P. 1229. https://doi.org/10.3390 /catal11101229
  17. Wei R., Yang H., Du K., Fu W., Tian Y., Yu Q., Liu S., Li M., Zou G.A facile method to prepare MoS2with nanoflower-like morphology // Mater. Chem. Phys. 2008. V. 108. P.188–191. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.10.007
  18. Shokri A., Salami N.Gas sensor based on MoS2monolayer // Sens. Actuators, B. 2016. V. 236. P.378–385. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.06.033
  19. Kumar R., Goel N., Kumar M.UV-Activated MoS2Based Fast and Reversible NO2Sensor at Room Temperature // ACS Sens. 2017. V. 2. № 11. P. 1744–1752. https://doi.org/10.1021/acssensors.7b00731
  20. Rajbhar M.K., De S., Sanyal G., Kumar A., Chakraborty B., Chatterjee S.Defect-engineered 3D nanostructured MoS2for detection of ammonia gas at room temperature // ACS Appl. Nano Mater. 2023. V. 6. № 7. P. 5284–5297. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c05361
  21. Ponnusamy K.M., Ghuge R.S., Raveendran N., Satheesh P.P., Durairaj S., Eswaran S.K., Heo K., Sivalingam Y., Chandramohan S.Vertical MoS2nanosheets via space-confined CVD for room temperature photo-enhanced highly selective triethylamine sensing //ACS Appl. Nano Mater. 2024. V. 7. № 6. P. 6691–6703. https://doi.org/10.1021/acsanm.4c00697
  22. Liu H., Zhang S., Cheng Q., Wang L., Wang S.A mini review on the recent progress of MoS2-based gas sensors // Catal. Lett. 2024. V. 154. № 4. P. 1375–1384. http://doi.org/10.1007/s10562-023-04436-6
  23. Bobkov A., Luchinin V., Moshnikov V., Nalimova S., Spivak Y.Impedance spectroscopy of hierarchical porous nanomaterials based on por-Si, por-Si incorporated by Ni and metal oxides for gas sensors // Sensors. 2022. V. 22. № 4. P. 1530. https://doi.org/10.3390/s22041530
  24. Kondratev V.M., Vyacheslavova E.A., Shugabaev T., Kirilenko D.A., Kuznetsov A., Kadinskaya S.A., Shomakhov Z.V., Baranov A.I., Nalimova S.S., Moshnikov V.A., Gudovskikh A.S., Bolshakov A.D.Si nanowire-based Schottky sensors for selective sensing of NH3and HCl via impedance spectroscopy // ACS Appl. Nano Mater. 2023.V. 6. № 13.P. 11513–11523. https://doi.org/10.1021/ acsanm.3c01545
  25. Kondratiev V.M., Morozov I.A., Vyacheslavova E.A., Kirilenko D.A., Kuznetsov A., Kadinskaya S.A., Nalimova S.S., Moshnikov V.A., Gudovskikh A.S., Bolshakov A.D.Silicon nanowire-based room-temperature multi-environment ammonia detection // ACS Appl. Nano Mater. 2022.V. 5. № 7.P. 9940–9949. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02178
  26. Nalimova S.S., Kononova I.E., Moshnikov V.A., Dimitrov D.Tz., Kaneva N.V., Krasteva L.K., Syuleyman S.A., Bojinova A.S., Papazova K.I., Georgieva A.Ts.Investigation of the vapor-sensitive properties of zinc oxide layers by impedance spectroscopy // Bulg. Chem. Commun. 2017.V. 49. № 1.P.121–126.
  27. Balasubramani V., Sureshkumar S., Rao T.S., Sridhar T.M.Impedance spectroscopy-based reduced graphene oxide-incorporated ZnO composite sensor for H2S investigations // ACS Omega. 2019. V. 4. № 6. P. 9976–9982. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00754
  28. Al-Hardan N.H., Abdullah M.J., Aziz A.A.Sensing mechanism of hydrogen gas sensor based on RF-sputtered ZnO thin films // Int. J. Hydrogen Energy. 2010. V. 35. P. 4428. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.02.006
  29. Fedorov F.S., Varezhnikov A.S., Kiselev I., Kolesnichenko V.V., Burmistrov I.N., Sommer M., Fuchs D., Kübel C., Gorokhovsky A.V., Sysoev V.V.Potassium polytitanate gas-sensor study by impedance spectroscopy // Anal. Chim. Acta. 2015. V. 897. P.81–86. https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.09.029
  30. Du J., Wu H., Wang X., Qi C., Mao W., Ren T., Qiao Q., Yang Z.Ternary MoS2/MoO3/C nanosheets as high-performance anode materials for lithium-ion batteries // J. Electron. Mater. 2018. V. 47. № 11. P. 6767–6773. https://doi.org/10.1007/s11664-018-6602-1
  31. Kundu M., Mondal D., Mondal I., Baral A., Halder P., Biswas S., Paul B.K., Bose N., Basu R., Das S.A rational preparation strategy of phase tuned MoO3nanostructures for high-performance all-solid asymmetric supercapacitor // J. Energy Chem. 2023. V. 87. P. 192–206. https://doi.org/10.1016/ j.jechem.2023.08.014
  32. Wang B.B., Zhong X.X., Ming B.M., Zhu M.K., Chen Y.A., Cvelbar U., Ostrikov K.Structure and photoluminescence properties of MoO3−x/graphene nanoflake hybrid nanomaterials formed via surface growth // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 480. P. 1054–1062. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.02.183
  33. Shankar P., Rayappan J.B.B. Room temperature ethanol sensing properties of ZnO nanorods prepared using an electrospinning technique // J. Mater. Chem. C. 2017. V. 5. № 41. P. 10869–10880. https://doi.org/10.1039/C7TC03771F
  34. Chiang H., Bhan A.Catalytic consequences of hydroxyl group location on the rate and mechanism of parallel dehydration reactions of ethanol over acidic zeolites // J. Catal. 2010. V. 271. № 2. P.251–261. https://doi.org/10.1016/ j.jcat.2010.01.021
  35. Piccini G., Alessio M., Sauer J.Ab initio study of methanol and ethanol adsorption on Brønsted sites in zeolite H-MFI // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. № 30. P. 19964–19970. https://doi.org/10.1039/C8CP03632B
  36. Kumar R., Kulriya P.K., Mishra M., Singh F., Gupta G., Kumar M.Highly selective and reversible NO2gas sensor using vertically aligned MoS2flake networks // Nanotechnology. 2018. V. 29. № 46. P. 464001. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aade20
  37. Li W., Zhang Y., Long X., Cao J., Xin X., Guan X., Peng J., Zheng X.Gas sensors based on mechanically exfoliated MoS2nanosheets for Room-Temperature NO2detection // Sensors. 2019. V. 19. № 9. P. 2123. https://doi.org/10.3390/s19092123
  38. Choi G.J., Mishra R.K., Gwag J.S.2D layered MoS2based gas sensor for indoor pollutant formaldehyde gas sensing applications // Mater. Lett. 2020. V. 264. P. 127385. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127385
  39. Sharma S., Kumar A., Singh N.,Kaur D. Excellent room temperature ammonia gas sensing properties of n-MoS2/p-CuO heterojunction nanoworms // Sens. Actuators, B. 2018. V. 275. P.499–507. https://doi.org/10.1016/ j.snb.2018.08.046

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».