DOI: 10.1021/acssensors.1c02388

有害气体的实时监测对于识别环境对人们生活的危害具有重要意义。然而，构建符合该应用场景的兼具低功耗、高灵敏度、便携性和自驱动操作的气体传感器仍然是一项挑战。在此，研究者使用高负电性导电MXene纳米纤维（NFs）与可生物降解醋酸纤维素NFs（CA-NFs）作为摩擦电层，合成了一种电纺摩擦电纳米发电机（TENG），其具有足够的功率密度（约1361mW/m2@2MΩ）并显示出支持化学电阻式气体传感器运行的自供电能力。此外，以纤维素纳米纤维（C-NFs）为基底，开发了一种新型MXene/TiO2/C-NFs异质结基传感元件，用于检测NH3。该传感器在室温下表现出优异的重现性、高选择性和对NH3（1-100ppm）的灵敏度以及快速响应/恢复时间（76s/62s）。最后，将一个由TENG供电的传感器、等效电路和LED可视化仪组装成一个监测系统，并将其用作检测NH3泄漏的全自供电设备。综上，这项工作推动了人体运动能量自驱动智能气体传感网络的发展，消除了外部电池对环境监测的依赖性，以减少可能的健康影响。

图1.（a）CA-NFs、（b）MXene NFs、（c）C-NFs、（d）TiO2/C-NFs和（e）MXene/TiO2/C-NFs异质结基样品的FESEM图像。

图2.MXene、C-NFs、TiO2/C-NFs和MXene/TiO2/C-NFs异质结样品的XRD图谱。

图3.（a）自制攻丝装置和（b）TENG垂直接触-分离模式的示意图。

图4.输出电压对（a）攻丝频率和（b）力的依赖性，（c）输出电压和（d）功率密度与负载电阻的关系。

图5.（a）I-V图，（b）MXene和MXene/TiO2/C-NFs异质结基传感器对不同气体的响应比较，（c）MXene/TiO2/C-NFs异质结基传感器对不同浓度NH3的响应曲线，以及（d）MXene/TiO2/C-NFs异质结基传感器的气体响应特性与NH3浓度的函数关系（插图：响应的线性拟合）。

图6.（a）MXene/TiO2/C-NFs异质结基传感器的可能气体传感机理，以及（b）MXene与TiO2之间的电子转移过程示意图。

图7.带有LED显示屏的气体监测设备。（a）模型示意图，（b）1ppm NH3、（c）10ppm NH3和（d）100ppm NH3中LED响应的照片，以及（e）智能鞋垫示意图。