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    混合二維層狀材料對室溫下NO₂氣體感測研究
    (2025) 李沐暄; Lee, Mu-Xuan
    空氣污染是目前全球最關注的環保議題之一，對人類健康、生態系統和氣候造成不利影響。如NO₂、NO、N₂O、NH₃和CO₂等，這些主要由工廠和汽車所排放的氣體，會增加罹患呼吸系統疾病的風險。其中，NO₂是一種眾所周知的有害氣體，對其識別與濃度測量非常重要。當NO₂濃度超過0.053 ppm時，過度暴露有可能會使呼吸道系統受損。因此，能夠準確檢測低濃度NO₂氣體，對於人類健康和環境保護至關重要。二維材料具有高比表面積與豐富的表面活化反應點，是作為氣體感測材料不錯的研究對象，其中，具半導體特性的MoS2是目前討論最多的感測材料之一，據文獻結果顯示，室溫下，以MoS2作為感測NO2材料時，由於感測響應訊號過低，感測響應時間與重新回復時間也太長，甚至往往需要適當升溫，才能感測到較低濃度與得到較好的感測結果。因此，本研究通過在二硫化鉬 (MoS₂)中加入MXene形成混合粉末，來做為感測器的材料。 MXene 也是一種二維材料，其高比表面積、高導電性和豐富的表面官能團，能夠有效提升電子傳導和氣體吸附能力，藉以改善MoS2材料在低濃度狀態下很好的感測性能。該材料合成流程簡單，透過不同水熱氧化溫度與混合比例的變化，找到最佳的製作條件，形成最佳的異質混合結構。從材料分析的結果明顯看到層狀結構經過水熱氧化法後，MXene表面的官能團鍵結從Ti-OH轉換成富含Ti-O鍵結狀態，而非形成TiO2，即C-Ti-O的形式。加入MXene同時提升MoS2混合粉末的導電性，且隨著MXene濃度的增加。導電度也隨之增加。從孔隙度分析的結果，加入MXene後形成的異質結構，使感測材料整體的比表面積提升達4倍以上，吸收氣體量也大幅增加。在NO2 10ppm條件下， MoS2中加入MXene可以使感測響應從原本的2% 提升到8%；另一方面，可感測的最低濃度值也從純MoS2 的3ppm下降到 0.05 ppm，即50ppb。室溫下感測50 ppb最快響應時間與回復時間僅分別需要100秒與136秒，經過多次循環感測實驗，此混合材料展現優異的可重複性與穩定性。