基于少層硒化銦的光電半導體氣體傳感器，用于二氧化氮檢測

背景：

二氧化氮（NO2）是一種有毒有害氣體，也是一種常見(jiàn)的大氣污染物，環(huán)境中的NO2氣體可引起諸多環(huán)境與人體健康的問(wèn)題。此外，人體呼出NO2也可以作為一種生物標識物，用于診斷鼻息肉、慢性阻塞性肺疾病等疾病。

可見(jiàn)，能夠快速準確地檢測NO2氣體對于保護環(huán)境和人類(lèi)以及評估健康狀況具有重要意義。近些年，包括MoS2，MoSe2，WS2，SnS2等在內的二維過(guò)渡金屬/金屬硫族化物已展現出檢測NO2的巨大潛力。

但是，這些材料所構筑的氣體傳感器通常在室溫下響應緩慢且恢復不完全，并且其靈敏度受到預吸附O2的限制。

光電半導體氣體傳感器的研發(fā)：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)團隊聯(lián)合深圳大學(xué)團隊聯(lián)合創(chuàng )新性地設計研發(fā)了基于二維硒化銦（InSe）的光電半導體氣體傳感器，巧妙地結合了InSe優(yōu)異的光電性質(zhì)與良好氣敏特性，有望實(shí)現復雜環(huán)境中痕量NO2氣體的高靈敏、高選擇性的快速檢測。

InSe作為一個(gè)典型的III-VI族層狀材料，因其獨特的層狀結構特點(diǎn)和寬范圍的可調帶隙特點(diǎn)受到研究者的廣泛關(guān)注。在室溫下，塊體InSe的帶隙寬度為1.26 eV，單層InSe的帶隙寬度為2.11 eV，其光響應范圍從紫外光區延續到紅外光區。

同時(shí)，InSe的有效電子質(zhì)量為0.14 me，在室溫和液氦溫度下，其遷移率分別高達103和104cm2V-1s-1。當InSe層數超過(guò)6時(shí)，具有直接帶隙的特性，從而可展現更優(yōu)異的光電性能。

相較于僅在單層狀態(tài)下表現出直接帶隙特性的MoS2等過(guò)渡金屬硫族化合物，少層的InSe納米片的環(huán)境穩定性良好且能夠很容易通過(guò)液相剝離（LPE）的方法進(jìn)行批量生產(chǎn)。

在這項工作中，該團隊采用LPE方法制備了少層直接帶隙InSe納米片，并將其用于構筑光電半導體氣體傳感器。研究發(fā)現，在紫外至可見(jiàn)光區的單色光源的照射下所制備器件對NO2氣體均表現出優(yōu)異的氣敏響應性能；

尤其是在365 nm紫外光照下，該器件可在室溫下實(shí)現對于痕量NO2氣體完全可逆的檢測，檢測限低至0.98 ppb（十億分之一）。

此外，在紫外光照下，環(huán)境中的O2和H2O分子對該器件的性能幾乎沒(méi)有影響；所制備器件甚至可以探測人體呼出氣體中ppb 級別的NO2氣體。

這項工作不僅拓寬了二維 InSe材料的應用領(lǐng)域，還展現了基于二維材料的光電半導體氣體傳感器在檢測復雜環(huán)境中測痕量目標氣體分子的應用前景。

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