二维材料（石墨烯，MoS₂，黑磷等）具有多种多样的电学、光学、力学性质，并因此获得了广泛关注。MoS₂具有制备简单，电化学性能优异，化学稳定性非常高的特点。MoS₂的单层结构材料为半导体相（能带大小为1.83 eV）,展现了非常高的光探测性能。MoS₂的开关比高达10⁸，因此MoS₂在场效应晶体管中具有非常好的应用前景。MoS₂在气体传感领域同样展现了非常好的性质，MoS₂已经成功的应用于测试NO，NO₂，NH₃，三乙胺等毒性气体分子。

        p-n结型范德瓦尔斯2D二维材料纳米材料在电子学器件中具有非常高的应用前景，其界面特征有较好的活性等特点。青岛大学刘相红、张军和德国柏林洪堡大学Pinna Nicola合作报道p-n结结构MoS₂在NO₂气体传感中的应用。他们通过化学气相沉积法和过氧化钼溶胶-凝胶软化学（soft-chemistry）方法分别合成了n型MoS₂ 和p型MoS₂，随后通过将MoS₂通过堆叠作用，得到了高效的p-n结MoS₂二维气体传感器器件。由此制备的p-n结MoS₂器件展现了对NO₂气体非常高的选择性，并对低浓度NO₂有反应。这种基于p-n结结构产生的NO₂选择性远远强于MoS₂的本征值。基于p-n结的MoS₂复合结构对NO₂气体的响应值是对p型MoS₂材料响应值的60倍（对浓度为20 ppm的NO₂）。这种p-n结MoS₂器件在紫外光照射中对低至8 ppb的NO₂有响应能力，器件能够在30 sec内恢复。作者发现p-n型MoS₂气体传感器对NO₂的响应能力比类似的材料具有更加优秀的室温检测性能。

本文要点：

（1）对n型MoS₂材料的气体传感性能进行研究。对10 ppm浓度的三乙胺、乙醇、NO₂、NH₃、丙酮、甲醛进行检测，发现n型MoS₂对三乙胺有较好的选择性测试能力。对0.2~200 ppm浓度的三乙胺进行了测试，发现这种材料对三乙胺具有随浓度变化的线性响应能力。

       制作了基于p型MoS₂的场效应晶体管器件，使用Ti和Au作为电极并装载在SiO₂/Si表面上，对p型MoS₂的场效应晶体管进行开关比测试，发现其开关比较低（< 2），说明p型MoS₂为半金属状态。对p型MoS₂对各种气体检测能力进行测试（NO₂，丙酮，甲醛，三乙胺，乙醇，甲酸），发现p型MoS₂对NO₂有选择性响应。分别对0.1~100 ppm浓度的NO₂进行连续测试，p型MoS₂对0.1~10 ppm NO₂有线性的响应能力。

（2）制备了p-n结MoS₂气体传感器件。通过PMMA转移方法在n型单层MoS₂上堆叠多层p型MoS₂，制备了p-n结MoS₂气体传感器件，并对NO₂气体进行UV光照条件中测试。器件对NO₂有非常好的选择性响应能力，并且，对5 ppm NO₂的检测性能显示器件在6个月后仍能保持测试能力（新制器件响应值：8，放置6个月后响应值：5.5）。

参考文献

Wei Zheng; Yongshan Xu; Lingli Zheng; Chen Yang; Nicola Pinna*; Xianghong Liu*; Jun Zhang*

MoS₂ Van der Waals p–n Junctions Enabling Highly Selective Room‐Temperature NO₂ Sensor

Adv. Funct. Mater. 2020, 2000435. DOI: 10.1002/adfm.202000435

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202000435