研究：基于纳米复合材料的高效酒精传感器

时间：2015-09-14 21:31:43 来源：2015年09月14日 09:02 中 阅读量：145

      【中国化工仪器网 科技成果】气敏传感器在工农业生产、环境监测、医疗诊断和国防军事等领域有广泛的应用，而气敏材料被视为发展先进气敏传感器的关键。有序介孔金属氧化物是一类非常有应用潜力的气敏材料，吸引了广泛的关注。最近一项研究揭示：在有序介孔氧化铟中添加少量的石墨烯能显著改善其对乙醇气体的敏感性质。

      研究相关的论文题为：“Controlling synthesis and gas-sensing properties of ordered mesoporous In2O3-reduced graphene oxide （rGO） nanocomposite”，近期在2015年第15期Science Bulletin（《科学通报》英文版）出版，由宁夏大学赖小勇副研究员担任通讯作者撰写。

      研究者通过硬模板法合成了有序介孔氧化铟纳米粒子、“氧化-剥离-还原”方法得到了还原氧化石墨烯纳米片，再将二者通过超声辅助混合组装成纳米复合材料。这种纳米复合材料继承了介孔氧化铟和还原氧化石墨烯的结构特点，形成了独特的三维分级结构。基于这种复合材料的传感器表现出了显著增强的气敏响应，并且对乙醇气体表现出较高的选择性，有望在呼吸疾病诊断、酒驾检测等方面得到应用。

      有序介孔金属氧化物气敏材料的研究主要集中在对材料的微结构（如孔结构、孔径、孔壁厚度、粒子尺寸）、骨架成份和表面活性等进行调控和优化，以实现气敏性能改善。例如德国Tiemann课题组报道了介孔氧化铟对甲烷气体的响应随孔壁厚度减小而提高；类似的结果也在此项研究者探索介孔氧化铟甲醛气敏性质的工作中被发现；他们还发现介孔氧化铟对甲醛气体的响应可以通过复合少量金属银纳米粒子而得到进一步提高。

      不同于上述研究思路，此项研究提出将二维的石墨烯纳米片引入到有序介孔氧化铟纳米粒子之间，形成半导体异质结，引发介孔金属氧化铟与石墨烯纳米片之间的电子转移和载流子浓度改变，构建新的气敏响应体系。这种复合材料的气敏性质将不只与介孔氧化铟的微结构、骨架成份和表面活性有关，也与石墨烯纳米片的尺寸、表面功能基团类型和数量以及二者的比例和复合方式等密切相关，这允许通过独立地调控这些基元材料的结构参数，进一步提高其气敏性质，获得更高效的气敏材料，发展更为先进的气敏传感技术。

      这一研究结果丰富了有序介孔气敏材料的研究，为如何进一步提高介孔金属氧化物半导体的气敏性质提供了新的思路。类似的策略也可以应用于其他有序介孔金属氧化物/还原氧化石墨烯纳米复合物的合成，对高效气敏材料的研究和开发具有十分重要的科学意义和参考价值。

      该项研究得到了国家重点基础研究发展计划前期研究专项（2012CB723106），国家自然科学基金（21006116，51362024），宁夏自然科学基金（NZ12111，NZ14010），中国科学院“西部之光”（宁夏）人才培养计划资助。