综述：二维材料与混合纳米结构在气体传感应用中的进展

本综述系统探讨了二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物(TMDs)、MXenes、Xenes等）及其复合结构在气体传感领域的创新应用，重点分析了其高比表面积、可调导电性和优异选择性等特性对提升传感器灵敏度、响应速度和稳定性的核心作用。

　　

Abstract

气体传感领域通过二维材料的整合取得了快速变革性进展。这些原子级薄层材料具有独特的物理化学特性，非常适合新一代传感器平台。其极高表面暴露度、可调导电性和卓越机械适应性，使其在检测痕量级别气体时表现尤为突出。最小厚度与本征电子多功能性使其能够实现增强的性能指标，包括更高灵敏度、快速响应时间和更好选择性。本综述探讨了基于二维材料及其复合结构的气体传感器技术的最新创新，重点聚焦石墨烯、过渡金属二硫属化物（TMDs）、MXenes、金属氧化物、Xenes（如硼烯）等元素二维材料及其功能杂化体系的作用。

材料体系与传感机制

二维材料凭借其原子级厚度和超大比表面积，为气体分子吸附提供了大量活性位点。石墨烯因其高载流子迁移率和稳定化学性质成为电阻式传感器的理想选择。过渡金属二硫属化物（如MoS₂、WS₂）的半导体特性可通过层数调控实现能带工程，进而调制气体吸附后的电学响应。MXenes（如Ti₃C₂T_x）的表面终止官能团可增强特定气体的选择性结合能力。新兴的单元素二维材料Xenes（如硼烯、磷烯）展现出可调的电子结构和量子效应，为室温气体检测提供了新途径。

混合纳米架构的性能优势

通过构建二维材料与金属氧化物（如ZnO、SnO₂）、导电聚合物或贵金属纳米粒子的混合结构，可协同增强传感性能。异质结界面形成的能带对齐促进了电荷转移，显著提升了响应幅度；多孔分级结构加速了气体扩散动力学，实现了超快响应（秒级）；表面功能化进一步提高了对特定目标分子（如NO₂、NH₃、CO）的识别能力。这些混合体系有效克服了单一材料选择性和稳定性不足的局限。

挑战与展望

当前二维材料气体传感器仍面临大规模制备重复性、环境稳定性及复杂气体环境中交叉敏感等挑战。未来研究需聚焦材料缺陷工程、界面精准调控、人工智能辅助的多维信号解析，以及柔性可穿戴传感器集成方案。二维材料及其混合体系有望为环境监测、医疗诊断（如呼气标志物检测）、工业安全等领域提供新一代高性能气体传感平台。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。