综述：光激发室温气体传感器（从金属氧化物到二维材料）

图2. (a)SnO₂单层阵列膜在不同光强度下对10 ppm NO₂的响应-恢复曲线；(b)不同厚度的SnO₂阵列薄膜在3.09 mW cm⁻²的紫外光下对100-500 ppb NO₂的响应-恢复曲线；(c)不同厚度的SnO₂阵列薄膜对10 ppm各种气体的响应；(d)SnO₂单层薄膜对NO₂的敏感机理。

1.3 TiO₂

Murali等人报道了一种紫外光激活的高性能NO室温气体传感器。该传感器采用氮掺杂的石墨烯量子点修饰的TiO₂纳米板作为活性材料。石墨烯量子点的良好的光吸收能力大大增强了电子-空穴对的产生。此外，石墨烯量子点和TiO₂之间的p-n结可以有效地分离电子-空穴对，促进了电子从量子点转移到TiO₂和光生空穴从TiO₂转移到量子点。此外，石墨烯量子点促进TiO₂中氧空位的形成，从而增强氧离子的吸附并进一步促进其与预吸附的NO⁻的反应。

1.4 WO₃

Zhang等人报道了一种基于PdO/WO₃纳米材料的H₂室温传感器。UV-Vis光谱表明，与纯WO₃相比，PdO/WO₃传感器具有更宽的可见光吸收范围，因而在可见光照射下PdO/WO₃传感器对ppm级H₂气体具有良好的响应。其中，蓝光辐照具有最佳性能，对40 ppmH2的响应为6.15，响应/恢复时间为3.2/7.9分钟；该性能与在200至250°C的温度下热激活所测得的结果相当。

2.1 Graphene

Ma等人组装了石墨烯传感器阵列，研究了热能和光对石墨烯气体传感特性的影响。他们观察到，随着温度的升高(25–100℃)，CVD生长的石墨烯气体传感器对NO₂的敏感性下降。这是由于高温提高了NO₂分子的解吸速率，导致气体分子的吸附量减少。在室温下，紫外线照射将传感器的灵敏度提高了七倍，并且恢复时间缩短了约五倍，实现了完全恢复。该传感器通过光激发对NO₂气体也表现出可靠的选择性。光激发清洁了石墨烯表面，促使预先吸附的氧离子或水分子从石墨烯表面脱附。大量的光生电子和表面吸附位增加了NO₂分子在石墨烯表面的吸附，从而提高了灵敏度。此外，光辐照能加速NO₂分子的解吸速率，可以实现RT下的完全恢复。

图5. (a)石墨烯传感器阵列的光学图像，石墨烯器件的SEM和AFM图像；(b)在黑暗和紫外线照射下，石墨烯传感器对100 ppm NO₂的响应重复性和(c)长期稳定性；(d)在室温下，石墨烯传感器在黑暗和紫外线照射下对NO₂、NH₃、CO、H₂的响应和瞬态响应恢复曲线。

2.2 MoS₂

Mulchandani等人报道了超灵敏的光电NO₂气体传感器。采用Au电极的Au/MoS₂/Au传感器在红光照射下，在室温下表现出优秀的灵敏度，为4.9％/ppb(4900％/ppm)。与Au/MoS₂/Au传感器相比，涂覆的石墨烯(Gr)电极的Au/Gr-MoS₂-Gr/Au传感器对NO₂表现出超敏性，在室温下的检测浓度低至0.1 ppb。最近，Zhang等人报道了在紫外线照射下使用二维MoS₂的范德华p-n同质结的高选择性NO₂气体传感器。分别通过CVD和溶胶-凝胶工艺制造了n型和p型MoS₂。MoS₂的p-n结传感器对20 ppm NO₂的灵敏度比p型MoS₂约高60倍。此外，该传感器的检测限为8 ppb，在紫外线下具有快速的室温完全恢复性能(<30秒)。范德华结构传感器的这种出色的气敏性能归因于p-n结在暴露于NO₂气体后的势垒高度调节作用。

图7. MoTe₂传感器在(a)紫外线照射下的示意图和(b)对不同VOCq气体的响应；(c)机械剥离的WS₂薄片的SEM；(d)光照下，WS₂传感器对不同气体的光响应性和外部量子效率；(e)在不同波长的光源下，WS₂传感器对NO₂气体的响应恢复性能；(f)光照下传感器敏感机制。

2.5 SnS₂

Gu等人报道了在绿光照射下SnS₂气体传感器对NO₂表现出可靠的选择性，检测浓度低至38 ppb，并且具有快速响应和室温下可完全恢复。检测性能提高归因于光子能量增加了SnS₂中载流子浓度。光生电子增加了SnS₂导带中的电子浓度，从而吸引更多的NO₂分子，从而通过电荷转移提高了灵敏度。另一方面，随着温度从100升高到110℃，热激发首先增强了传感器的灵敏度，随后由于110℃以上的分子脱附速率高于吸附速率，造成灵敏度降低。此外，Wu等人发现通过在SnS₂中产生纳米级缺陷(如硫空位)可以增强传感器在光辐照下的气体响应。在紫外线照射下，SnS₂在室温下对NO₂的检测限低至2.5 ppb。