Preparation and Chemosensory Properties of Ti2CTx–10 mol. % SnO2 Composite Material

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A hybrid method for the preparation of Ti2CTx10 mol. % SnO2 composite material was developed, combining a deposition method in the presence of dispersed MXene accordion-like aggregates and subsequent hydrothermal treatment. As a result, the MXene multilayer was decorated by ~24 nm tin dioxide nanoparticles, and the interlayer spacing of the Ti2CTx MXene multilayer increased from 11.6 to 13.5 Å. For the obtained Ti2CTx–SnO2 composite material coated by microplotting, a high sensitivity of the receptor layer to 100 ppm ethanol, ammonia and nitrogen dioxide was observed already at room temperature and under conditions of 23% relative humidity. The determined high response of the nanocomposite to humidity changes allows us to consider it as a promising receptor material for a humidity sensor.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Возникающие с развитием промышленности экологические проблемы вызывают насущную потребность разработки недорогих, мобильных и потребляющих относительно низкое количество энергии газоаналитических устройств [1–7]. Большими преимуществами обладают хеморезистивные газовые сенсоры, эффективность применения которых определяется прежде всего свойствами рецепторных материалов, в подавляющем большинстве полупроводниковых оксидов металлов [8–15]. При всех положительных свойствах сенсоров на основе полупроводниковых оксидов металлов они имеют и серьезные общие недостатки, в частности низкую селективность, значительную чувствительность величины отклика к влажности атмосферы и достаточно высокие температуры детектирования, что приводит к повышенному энергопотреблению и исключает применение гибких полимерных подложек. Для решения указанных проблем предлагается использовать мультисенсорные системы совместно с современными математическими методами обработки сигнала [16–23], что позволяет различать отклики даже для химически близких аналитов, например различных спиртов. В связи с этим чрезвычайно важной задачей является расширение библиотеки перспективных сенсорных материалов, обладающих максимально отличающейся чувствительностью к различным газообразным соединениям и способных осуществлять детектирование при относительно невысоких температурах, оптимально – при комнатной температуре.

В настоящее время высокий практический интерес вызывают планарные наноматериалы [24–27], для которых свойственны низкие температуры детектирования, особенно максены [28–30]. Последние имеют несколько значимых преимуществ: низкую рабочую температуру, легкую деформируемость покрытий (это важно для датчиков на гибких подложках), высокое соотношение сигнал/шум [31], позволяющее снизить предел детектирования до интервала единиц и долей ppb [32–34]. Однако для них отмечается и ряд недостатков, среди которых необходимо выделить низкие величины отклика (единицы и доли процентов), плохие кинетические характеристики, дрейф базовой линии [31, 35–37]. С целью улучшения сенсорных свойств предлагается использовать композиционные материалы, в которых максены модифицированы полупроводниковыми оксидами металлов.

Показано, что классический рецепторный материал хеморезистивных газовых сенсоров – диоксид олова – в сочетании с максенами, в первую очередь с Ti3C2Tx, проявляет достаточную эффективность в повышении величины отклика на различные аналиты: как на токсичные неорганические газы [38–46], так и на летучие органические соединения [47–53]. Причем в зависимости от метода получения композита максен–SnO2 и температуры детектирования возможно значительное изменение селективности материала. Так, в работах [38–42] установлена высокая селективность и чувствительность нанокомпозитов Ti3C2Tx–SnO2 к оксидам азота, которые существенно, в некоторых случаях в несколько раз, превышали данные параметры для индивидуальных компонентов, а температура детектирования варьировалась от комнатной до 150°С. В статьях [43–45], несмотря на большую разницу в методах синтеза композиционных материалов Ti3C2Tx–SnO2 (молекулярное наслаивание [43], гидротермальная обработка [44], магнетронное напыление [45]), показана их высокая чувствительность к аммиаку уже при комнатной температуре. В работе [46] для нанокомпозита, также содержащего максен Ti3C2Tx с выращенными в гидротермальных условиях частицами SnO2 на его поверхности, выявлена очень высокая чувствительность к сероводороду (предел обнаружения составил ~6 ppb) при температуре детектирования 80°С. Допирование диоксида олова максеном Ti3C2Tx позволяет увеличить отклик рецепторного материала на этанол (что типично и для индивидуальных максенов) при рабочих температурах 200–230°С [47, 48]. Формирование более сложного по составу композита SnO–SnO2–Ti3C2Tx [49] за счет образования гетеропереходов и высокой металлической проводимости максена позволяет при комнатной температуре повысить отклик на 100 ppm ацетона в 11 и 4 раза по сравнению с индивидуальными Ti3C2Tx и SnO–SnO2, соответственно. В статье [50] показана перспективность нанокомпозита Ti3C2TxSnO2 для детектирования при комнатной температуре формальдегида, а в исследованиях [51] и [52] – для определения аминов – триэтиламина и этаноламина соответственно. Данные о селективном определении более сложного аналита перфторизобутиронитрила как одного из компонентов экологически чистого оборудования с газовой изоляцией сообщается в работе [53].

Таким образом, композиционные материалы, включающие диоксид олова и максен (на примере Ti3C2Tx), показали свою перспективность в качестве рецепторных материалов для химических газовых сенсоров. Однако среди большого объема публикаций нами найдена всего лишь одна статья о получении нанокомпозита, содержащего SnO2 и такой титансодержащий максен, как Ti2CTx, к тому же его апробировали лишь в качестве возможного материала для анода литий-ионных батарей [54], а хемосенсорные свойства не исследовали.

В связи с этим цель настоящей работы – получение и исследование сенсорных свойств нанокомпозита, содержащего многослойный максен Ti2CTx и наночастицы классического сенсорного материала SnO2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для синтеза MAX-фазы Ti2AlC использовали порошки титана (>99%, ООО “СНАБТЕХМЕТ”), алюминия (≥98%, ООО “РусХим”), графита (>99.99%, ООО “Особо чистые вещества”), KBr (х. ч., ООО “РусХим”), для селективного травления атомов алюминия в составе MAX-фазы Ti2AlC – фторид натрия NaF (ос. ч., ООО “РусХим”) и соляную кислоту HCl (х. ч., ООО “РусХим”).

Основной метод синтеза исходной МАХ-фазы Ti2AlC детально описан в работах [55–59]. Использовали модификацию синтеза в защитном расплаве солей [60–64] при соотношении компонентов n(Ti) : n(Al) : n(C) = 2 : 1.1 : 0.9. В полученную смесь порошков добавляли предварительно осушенный порошок бромида калия KBr в массовом соотношении m(Ti + Al + C) : m(KBr) = 1 : 1, выполняли помол в среде этанола с применением размольного стакана и шаров из ZrO2. После консолидации при комнатной температуре цилиндрических образцов осуществляли синтез при температуре 1000°С, длительность выдержки составляла 5 ч. Для получения многослойного максена Ti2CTx использовали 1.2 М раствор фторида натрия в 6 М соляной кислоте [56, 58, 59, 65]. Деламинацию максена после его выделения и очистки не проводили.

Композиционный порошок состава Ti2CTx–10 мол. % SnO2 получали по следующей методике. Порошок Ti2CTx массой 10 мг диспергировали в 1 мл этилового спирта путем обработки соответствующей суспензии в ультразвуковой ванне в течение 20 мин. Далее к полученной системе добавляли необходимый объем раствора хлорида олова(II) в разбавленной соляной кислоте, после чего значение pH доводили до 9 путем введения 5%-ного водного раствора NH3 · H2O. Полученную таким образом реакционную систему помещали в стальной автоклав с тефлоновой вставкой объемом 5 мл и подвергали гидротермальной термообработке при 120°С в течение 1 ч (скорость нагрева составляла 2.5 град/мин). После естественного охлаждения автоклава твердую фазу отделяли от маточного раствора с помощью центрифугирования, дважды промывали этиловым спиртом и далее диспергировали в 1 мл 1-бутанола (ч. д. а., ООО ТД “Химмед”) в ультразвуковой ванне в течение 30 мин. Полученную таким образом дисперсную систему применяли в качестве функциональных чернил для микроплоттерной печати композиционного покрытия состава Ti2CTx–10 мол. % SnO2 на поверхности специализированных датчиков.

Сушку нанесенных покрытий выполняли при температуре 80°С в вакууме, далее образец хранили на воздухе при обычной влажности.

Рентгенограммы порошков и покрытий записывали на рентгеновском дифрактометре Bruker D8 Advance (CuKα-излучение, разрешение 0.02° при накоплении сигнала в точке в течение 0.3 с). Рентгенофазовый анализ выполняли с применением программы MATCH! – Phase Identification from Powder Diffraction, Version 3.8.0.137 (Crystal Impact, Germany), в которую интегрирована база данных Crystallography Open Database.

Исследование особенностей микроструктуры образцов композиционного материала Ti2CTxSnO2 осуществляли методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) с помощью двулучевого сканирующего электронно-ионного микроскопа FIB–SEM TESCAN AMBER (Tescan s.r.o., Чехия), ускоряющее напряжение 2 кВ, а также просвечивающего сканирующего микроскопа JEM-1011 (JEOL, Япония).

Измерения сенсорных свойств полученного нанокомпозита проводили на специализированной прецизионной установке [66–68]. Газовую среду в кварцевой ячейке создавали с помощью трех контроллеров расхода газа Bronkhorst с максимальной пропускной способностью 100, 200 и 1000 мл/мин. Полученный рецепторный слой Ti3C2TxSnO2 изучали на чувствительность к следующим газам-аналитам: 100 ppm CO, NH3, NO2, бензол (C6H6), ацетон (C3H6O), этанол (C2H5OH), 1000 ppm H2, метан (CH4) и 10% кислород (O2) при фиксированной относительной влажности (RH) 23 ± 1%; изучали также чувствительность на изменение влажности в атмосфере. В качестве источников анализируемых газов использовали соответствующие поверочные газовые смеси в воздухе. Для построения базовой линии применяли синтетический воздух, а при детектировании кислорода – азот (99.9999%). Электрическое сопротивление пленок измеряли с помощью цифрового мультиметра Fluke 8846A (6.5 Digit Precision Multimeter) с верхним пределом 1 ГОм. Для измерения сигнала при различной относительной влажности использовали специальную установку с барботером (при фиксированной температуре 21 ± 1°С), RH газовой смеси контролировали цифровым проточным гигрометром Эксис. Все хемосенсорные измерения проводили при комнатной температуре (21 ± 1°С).

Отклик на все газы рассчитывали по формуле:

S1=RBLRgRBL×100%, (1)

где RBL – базовая линия, сопротивление при напуске синтетического воздуха или азота (для определения кислорода в качестве базовой линии использовали азот, для других газов – синтетический воздух), Rg – сопротивление при заданной концентрации газообразного аналита в синтетическом воздухе.

Отклик при изменении влажности рассчитывали по следующей формуле:

S2=RBLRRHRBL×100%, (2)

где RBL – сопротивление на воздухе при фиксированной влажности, RRH – сопротивление на воздухе при фиксированной влажности (от 24 до 76%, изменение (Δ) влажности составило от 2 до 54% соответственно).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование полученного нанокомпозита Ti2CTx–10 мол. % SnO2

На рис. 1 представлены рентгенограммы синтезированного многослойного максена Ti2CTx и полученного на его основе нанокомпозита Ti2CTx10 мол. % SnO2 в сравнении с исходным порошком МАХ-фазы Ti2AlC. Видно, что в максене Ti2CTx присутствуют минимальные примеси кубического карбида титана [69] и исходного Ti2AlC [70], которые в небольшом количестве наблюдаются и в композиционном материале Ti2CTxSnO2. Установлено, что в результате селективного удаления слоев алюминия из структуры МАХ-фазы происходит увеличение межслоевого расстояния с 6.7 (для Ti2AlC) до 11.6 Å (для Ti2CTx). При этом для порошка Ti2CTx в интервале малых углов 2θ имеется дополнительный рефлекс низкой интенсивности с максимумом при 6.6°, который соответствует фракции максенов с межслоевым расстоянием 13.4 Å. Получение композиционного материала Ti2CTxSnO2, включающее гидротермальную обработку, приводит к еще большему смещению положения рефлекса (002) до 6.5°, что соответствует межслоевому расстоянию 13.5 Å. На рентгенограмме композита также можно отметить наличие сильно уширенных рефлексов, положение максимумов которых соответствует формированию фазы SnO2 со структурой касситерита [71, 72].

 

Рис. 1. Рентгенограммы порошков исходной МАХ-фазы Ti2AlC, синтезированного многослойного максена Ti2CTx и рецепторного слоя нанокомпозита Ti2CTx10 мол. % SnO2.

 

Просвечивающая электронная микроскопия полученного нанокомпозита Ti2CTx10 мол. % SnO2 (рис. 2) свидетельствует о том, что гидротермальная обработка в присутствии диспергированного многослойного максена приводит к образованию глобулярных наночастиц SnO2 размером 2–4 нм, которые как образуют слабосвязанные собственные агрегаты, так и плотно покрывают поверхность многослойных максенов Ti2CTx. При этом наблюдается внедрение наночастиц SnO2 между слоями аккордеоноподобного максена Ti2CTx, что также способствует формированию более развитой поверхности нанокомпозита по сравнению с исходным многослойным максеном.

 

Рис. 2. Микроструктура композиционного порошка Ti2CTx–10 мол. % SnO2 по данным ПЭМ. Зелеными стрелками обозначено внедрение наночастиц SnO2 между слоями аккордеоноподобного максена Ti2CTx.

 

Растровая электронная микроскопия поверхности рецепторного покрытия Ti2CTx10 мол. % SnO2, нанесенного методом микроплоттерной печати на поверхность сенсорной подложки, показала (рис. 3), что в результате формируется рыхлый слой на основе агрегатов многослойного максена размерами от 300 нм до 5 мкм, покрытых, вероятно, агрегатами наночастиц SnO2 размерами 15–40 нм. Контакт между массивными частицами максена обеспечивается прежде всего за счет осажденных частиц индивидуального диоксида олова в результате сушки функциональных чернил Ti2CTxSnO2.

 

Рис. 3. Микроструктура рецепторного слоя Ti2CTx–10 мол. % SnO2 по данным РЭМ.

 

Хеморезистивные свойства рецепторного слоя Ti2CTx–10 мол. % SnO2

Для полученного покрытия Ti2CTx10 мол. % SnO2 в атмосфере сухого воздуха (RH = 0%) при комнатной температуре наблюдалось сопротивление >1 ГОм, что не позволило провести измерения. При увеличении влажности наблюдалось значительное снижение сопротивления базовой линии. Так, в атмосфере воздуха при относительной влажности 23 ± 1% сопротивление составляло ~55 МОм, поэтому дальнейшие измерения газочувствительных свойств проводили при RH = 23 ± 1%.

На первом этапе хеморезистивных измерений для полученного композиционного покрытия Ti2CTx10 мол. % SnO2 комплексно изучена чувствительность к широкой группе газов-аналитов (100 ppm CO, NH3, NO2, C6H6, C3H6O, C2H5OH, 1000 ppm H2, CH4, 10% O2 и 23% ΔRH). На рис. 4 представлена диаграмма селективности, составленная из откликов на различные газы. При напуске того или иного аналита наблюдалось увеличение (О2, C6H6 и C2H5OH) или уменьшение (CO, NH3, NO2, C3H6O, H2, CH4, O2 и ΔRH) электрического сопротивления, что обусловлено различными механизмами детектирования. На диаграмме селективности (рис. 4) это изменение отображено с помощью знаков “+” и “–”. Знак “+” соответствует увеличению электрического сопротивления, а знак “–” – уменьшению. Как видно из рисунка, с увеличением сопротивления достигается отклик на О2, C6H6 и C2H5OH, а с уменьшением – на все остальные газы. Вероятно, снижение сопротивления при напуске газов-восстановителей и увеличение при напуске газов-окислителей связано с преобладанием механизма детектирования на основе полупроводникового по n-типу диоксида олова SnO2. Рост сопротивления при детектировании типичных восстановительных газов C6H6 и этанола можно объяснить более высокой чувствительностью к ним многослойного максена Ti2CTx, что ранее нами не наблюдалось [56, 65] (эксперименты в этих работах были выполнены при более высокой относительной влажности атмосферы RH = 50–55%), и влиянием образовавшегося pn-гетероперехода на границе раздела фаз. Уменьшение же сопротивления при детектировании NO2 – типичного газа-окислителя – отмечалось нами ранее и для индивидуального Ti2CTx, и для композиционного материала Ti2CTx–TiO2, полученного в результате частичного контролируемого окисления максена [65]. Корректного объяснения механизма детектирования нами в литературе не найдено, вероятно, он является более сложным и требует отдельного изучения.

 

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%.

 

Резюмируя, можно сделать вывод, что из всех проанализированных газов наибольший отклик (+62, –75, –36 и –88%) для полученного нанокомпозита Ti2CTx10 мол. % SnO2 зафиксирован на 100 ppm этанола, NH3, NO2 и 23% ΔRH соответственно, что очень часто отмечается для рецепторных материалов на основе максенов [36, 37, 40, 48, 58, 73–75] из-за характерных высоких энергий связывания. При этом высокая чувствительность к диоксиду азота отмечалась именно для нанокомпозитов, в которых максен Ti3C2Tx был модифицирован полупроводниковыми оксидами металлов. Наибольшая же чувствительность к влажности (при комнатной температуре и повышенной RH) отмечена в литературе для другого индивидуального Ti3C2Tx [76] и его композита с диоксидом олова SnO2 [77], однако отклики в данном случае были значительно меньше полученных в настоящей работе и измерены при более высокой относительной влажности.

В связи с перспективностью полученного нанокомпозита Ti2CTxSnO2 в качестве рецепторного материала для детектирования влажности далее более подробно была изучена чувствительность к ее изменению (рис. 5). На рис. 6 представлена воспроизводимость отклика на изменение ΔRH = 6%. Видно, что при увеличении влажности на 6% наблюдается уменьшение сопротивления. При этом через несколько циклов напуска аналита происходит небольшой дрейф значений, что может быть связано и с незначительным изменением температуры окружающей среды. При проведении эксперимента не производилась термостабилизация барботера при создании влажной среды, поэтому даже незначительное изменение окружающей температуры могло привести к изменению положения базовой линии, что для гиперчувствительного к влажности и рабочей температуре максена является очень заметным. На рис. 5 представлены отклики на ΔRH = 2, 5, 23 и 54%. Показано, что при увеличении влажности происходит и увеличение откликов до 10, 41, 88 и 95% соответственно. Полученные данные свидетельствуют о заметной чувствительности максена к изменению влажности в широком диапазоне значений уже при комнатной температуре, что сильно отличает данный класс материалов от более классических – полупроводниковых оксидов металлов, для которых отклики на аналиты появляются при повышенных температурах.

 

Рис. 5. Отклики композиционного покрытия Ti2CTx10 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%.

 

Рис. 6. Воспроизводимость сигнала композиционного покрытия Ti2CTx10 мол. % SnO2 на изменение относительной влажности ΔRH = 6%. Все измерения проведены при комнатной температуре и относительной влажности 23 ± 1%.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках исследований разработан метод получения композиционного материала, в составе которого многослойный максен Ti2CTx декорирован 10 мол. % наночастиц SnO2 со структурой касситерита размером ~2–4 нм. Отмечено дополнительное увеличение межслоевого расстояния максена в результате гидротермальной обработки в ходе синтеза SnO2 с 11.6 до 13.5 Å. Использование данного нанокомпозита в качестве дисперсной фазы функциональных чернил для микроплоттерной печати позволило сформировать на поверхности специализированной подложки рецепторный слой, электропроводность которого (~50 МОм) при относительной влажности 23 ± 1% дает возможность регистрировать хеморезистивный отклик на различные газообразные аналиты.

Установлена повышенная чувствительность полученного нанокомпозита Ti2CTxSnO2 на 100 ppm этанола (∆R/RBL составляет +62%), аммиака (∆R/RBL составляет –75%) и диоксида азота (∆R/RBL составляет –36%), на механизм детектирования которых влияют свойства как максена (присутствие полярных функциональных групп, способность к изменению межслоевого расстояния при сорбции и значительные параметры переноса заряда между сорбируемыми молекулами и пластинами Ti2CTx), так и наночастиц полупроводникового оксида SnO2, введение которого приводит к повышению удельной площади поверхности материала в целом, а также образовавшиеся pn-гетеропереходы на границах раздела фаз.

Отдельно необходимо отметить очень высокую чувствительность композиционного материала Ti2CTx10 мол. % SnO2 к изменению влажности атмосферы: отклики на изменение влажности на 2, 5 и 23% составили 10, 41 и 88% соответственно. Установленный факт позволяет сделать вывод о перспективности применения данного композита в составе сенсора на влажность как в индивидуальных датчиках, так и в составе мультисенсорных устройств.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 21-73-10251), https://rscf.ru/en/project/21-73-10251/

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

E. P. Simonenko

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. S. Mokrushin

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

I. A. Nagornov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

S. A. Dmitrieva

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Mendeleev Russian Chemical and Technological University

Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 125047

Т. L. Simonenko

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

N. P. Simonenko

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

N. T. Kuznetsov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ep_simonenko@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. X-ray radiographs of the powders of the original MAX phase Ti2AlC, the synthesised Ti2CTx multilayer maxene and the receptor layer of the Ti2CTx-10 mol% SnO2 nanocomposite.

Download (247KB)
3. Fig. 2. Microstructure of the Ti2CTx-10 mol% SnO2 composite powder according to SEM data. Green arrows indicate the embedding of SnO2 nanoparticles between the layers of accordion-like maxene Ti2CTx.

Download (750KB)
4. Fig. 3. Microstructure of the Ti2CTx-10 mol% SnO2 receptor layer according to SEM data.

Download (795KB)
5. Fig. 4. Selectivity diagram of the Ti2CTx-10 mol% SnO2 composite coating composed of the responses to different gases (100 ppm CO, NH3, NO2, C6H6, C3H6O, C2H5OH, 1000 ppm H2, CH4, 10% O2 and 23% ΔRH). The ‘+’ sign corresponds to an increase in electrical resistance and the ‘-’ sign corresponds to a decrease. All measurements were performed at room temperature and relative humidity 23 ± 1%.

Download (82KB)
6. Fig. 5. Responses of Ti2CTx-10 mol% SnO2 composite coating to ΔRH = 2-54% (a); response dependence on ΔRH in gas atmosphere (b). All measurements were performed at room temperature and relative humidity of 23 ± 1%.

Download (164KB)
7. Fig. 6. Signal reproducibility of Ti2CTx-10 mol% SnO2 composite coating on the change of relative humidity ΔRH = 6%. All measurements were performed at room temperature and relative humidity of 23 ± 1%.

Download (149KB)

Copyright (c) 2024 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».