近日，我院陈铜老师课题组在基于二维铁电材料的纳米器件研究中取得最新进展。相关研究成果以“Ferroelectric polarization-engineered In2Se3 heterojunction gas sensor for high-selectivity nitrogen oxide detection with humidity resistance”为题，发表在国际学术期刊《Materials Today Chemistry》（二区Top期刊，影响因子6.7）, 2023级硕士研究生唐朋为第一作者，陈铜副教授为通讯作者，我校为第一完成单位。
铁电材料因其自发极化特性被广泛用于各种应用中，利用其自发极化特性可以调节表面电荷分布，显著增强对极性分子的吸附和识别。其中，作为典型的二维铁电材料，In2Se3因其窄带隙特性和卓越的环境稳定性被广泛应用于非易失性存储器、场效应晶体管和应变工程功能器件等领域。在本研究中，通过密度泛函理论和非平衡格林函数方法分析了多种气体分子（H2S、NH3、NOx和SOx）在In2Se3表面的吸附行为，并研究了基于Fe3GeTe2/In2Se3的气体传感器的传感性能。首先，针对NO2、NO3和NH3，计算并分析了P↑态与P↓态气体传感器的I-V特性。P↑态传感器对NO2和NO3的最大灵敏度分别为98.5%和95.43%。随着In2Se3的极化切换，P↓态气体传感器对NO3展现出高选择性，最大灵敏度达99.11%。其次，P↑态气体传感器在干燥与潮湿环境下的传输电流差异小于4%，在保持对NO2和NO3高灵敏度的同时展现出优异的抗湿性。最后，探讨了电极材料对传感器性能的影响，结果显示采用BPN/In2Se3电极的气体传感器对NH3表现出高选择性，最大灵敏度达97.85%。总体而言，这些结果表明Fe3GeTe2/In2Se3和BPN/In2Se3不仅验证了铁电材料在气体传感中的核心优势，还为功能化二维异质结的设计提供了新见解。
论文信息
DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2025.103168
文/图 陈铜
