电化学气体传感器的新型固态电解质—功能化氧化石墨烯薄膜

AFMchenzhongwei气体传感器可用来检测各种气体并用于诸多领域例如汽车,航空,安检,环境,食品,医药安全等等。其中,电化学气体传感器因为利用了微型燃料电池的原理获得与气体含量直接相关的输出信号而获得了广泛应用。而电解质作为一个重要的组成部分,在电化学气体传感器中起到了离子导通的重要作用。传统的固态电解质需要高温来维持离子传导率,高能耗使其不适合便携式的设备;传统的液态电解质又存在漏液不稳定等问题。因此,研发一种室温高离子传导率的固态电解质有助于开发适用于便携式器件的全固态电化学气体传感器。

针对这一问题,加拿大滑铁卢大学Zhongwei Chen教授课题组制备了一种磺酸功能化的自支撑氧化石墨烯薄膜材料并首次将其作为固态电解质组装到全固态电化学气体传感器中。这种功能化氧化石墨烯薄膜可以在室温下高效快速的传导质子,同时阻碍检测气体分子(乙醇)的透过。这种基于直接乙醇燃料电池原理而设计的电化学气体传感器,可以对乙醇分子做出快速而灵敏的响应。不但其输出信号与乙醇蒸气浓度呈现出线性关系,而且其检出限可以到达25ppm。并且相对于丙酮蒸气,这种电化学气体传感器表现出对乙醇卓越的选择性。因此,这种传感器在便携式器件,尤其是呼气酒精检测仪中展现出良好的应用前景。与此同时,这项研究成果也为研究石墨烯衍生物在气体传感器中的应用提供了一种新的途径。

相关实验结果作为封面和VIP文章发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201504604)上。