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高比表麵二硫化鉬-石墨烯凝膠被用於二氧化氮探測器件

石墨烯具有獨特的物理性質,比如高的載流子流動能力以及機械強度。而與其結構類似的二維材料近年來因其優異的性質以及在電子器件中的廣闊應用而備受關注。研究發現層狀過渡金屬硫化物,如二硫化鉬,在許多器件應用中可用來代替石墨烯。今年來研究發現,將石墨烯與二維材料複合,可得到具有多功能特性的複合材料。例如石墨烯-硫化鉬凝膠已經在析氫催化、超級電容器、儲鋰以及DNA檢測等領域有廣泛研究。

探氣體測器也是今年來的研究方向之一。二氧化氮是一種常見的有毒氣體,空氣中存在較低濃度的二氧化氮即可引發支氣管炎、肺氣腫、呼吸道刺激等疾病。因此,在安全防護、環境監測等實際應用中,需要快速、可靠、可檢測低濃度的二氧化氮氣體的檢測裝置。以往報道的石墨烯以及二硫化鉬基場效應晶體管探測器具有較慢的響應以及響應時間,且在室溫溫度下甚至沒有響應。通過加熱器件可以實現快速的響應以及恢複,但是這也會使得已經吸附的物質加速脫附,不利於氣體檢測。

加州大學伯克利分校RoyaMaboudian課題組首次提出,使用高比表麵的二硫化鉬-石墨烯凝膠,可實現二氧化氮在超低濃度下的檢測,氣體探測器件具有極高的快速響應能力以及恢複次數。高質量石墨烯凝膠作為骨架,具有極高的比表麵積,多孔特性,高的電導率以及熱導率。將石墨烯表麵覆蓋單層或者少層二硫化鉬,可提高其敏感以及氣體選擇性能。氣體探測器具有極低的二氧化氮探測極限(大約50 ppb),並且在室溫以及200℃下都可使用。在200℃條件下,器件具有很好的響應以及恢複(小於一分鍾)。

硫化鉬-石墨烯凝膠使得兩種材料的各自的優點被放大,並且也為其他二維材料在改善探測器件性能中提供了可能性。相關研究結果發表在Advanced Functional Materials上。

來源:低維材料

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