功能化石墨烯对氢气的传感作用

Hydrogen Sensing Using Pd-Functionalized Multi-Layer Graphene Nanoribbon Networks

针对特定气体分子的传感器在环境监测、能源、农业以及医疗等大量的领域都具有非常广泛的应用。美国佛罗里达大学的Ant Ural教授及同事们共同研究了新兴的石墨烯材料对氢气的传感性能。

氢是一种清洁的能源,燃烧生成水,不释放对环境有害的气体。但如果发生氢气泄漏可不是闹着玩的,空气中氢的含量达到4%以上便可以起燃甚至起爆。所以高灵敏度的氢传感器对氢气的安全使用至关重要。

单纯的石墨烯对氢分子是不敏感的,Ant Ural教授的小组首先将片状的石墨烯分散到表面活性剂的水溶液中,经过超声以及真空过滤,制备成为具有高比表面积的多层石墨烯网格(multi-layer graphene nanoribbon networks – MLGN)。然后将网格经过Pd的功能化,得到了对氢气具有良好感应性能的Pd-MLGN材料:在室温及40ppm氢气条件下其电阻变化率可以达到55%。除此之外,它还具有很快的感应和恢复速度,以及良好的重复性能。如果温度升高到100℃时,敏感性、感应和恢复的速度还会进一步提高。

这一研究成果为功能化石墨烯材料在分子感应领域的应用开辟了新的途径。

J. L. Johnson et al. Adv. Mater., 2010, DOI: 10.1002/adma.201001798