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，也是一種常見的大氣污染物，環境中的NO2氣體可引起諸多環境與人體健康的問題。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，能夠快速準確地檢測NO2氣體對于保護環境和人類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：

哈爾濱工業大學團隊聯合深圳大學團隊聯合創新性地設計研發了基于二維硒化銦（InSe）的光電半導體氣體傳感器，巧妙地結合了InSe優異的光電性質與良好氣敏特性，有望實現復雜環境中痕量NO2氣體的高靈敏、高選擇性的快速檢測。

InSe作為一個典型的III-VI族層狀材料，因其獨特的層狀結構特點和寬范圍的可調帶隙特點受到研究者的廣泛關注。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，InSe的有效電子質量為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6時，具有直接帶隙的特性，從而可展現更優異的光電性能。

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

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。研究發現，在紫外至可見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，環境中的O2和H2O分子對該器件的性能幾乎沒有影響；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境中測痕量目標氣體分子的應用前景。

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