為了能夠在低ppb濃度下進(jìn)行高靈敏且選擇性監(jiān)測(cè)NO2氣體，這里，通過簡(jiǎn)單的濕化學(xué)方法制備了零維氮摻雜石墨烯點(diǎn)/ SnO2量子點(diǎn)（N-GD–SnO2）異質(zhì)結(jié)構(gòu)。相較于原始的SnO2，所構(gòu)建的裝置顯示出增強(qiáng)的響應(yīng)（Rg/Ra = 292），在150°C下100 ppb NO2氣體濃度時(shí)，實(shí)現(xiàn)了短的響應(yīng)時(shí)間（181 s），恢復(fù)時(shí)間為81 s，此外，隨著溫度降低到50℃，響應(yīng)能力增加到4336。該傳感器還具有獨(dú)特的性質(zhì)，在20 ppb NO2超低濃度下，仍保持超高的檢測(cè)能力。如此顯著的提高歸因于SnO2與N-GDs之間增強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移以及N-GDs表面上更強(qiáng)的吸附NO2能力。此外，零維形貌具有較大的表面積，更多的活性位點(diǎn)和更好的納米級(jí)界面，這也有助于促進(jìn)傳感性質(zhì)。最后，該傳感器相較于其他氣體（SO2，H2S，CO和NH3），對(duì)NO2具有更高的選擇性。因此，該研究為零維異質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于氣體傳感提供了一種新方法。
Figure1. N-GD功能化SnO2 NP的合成示意圖：（a）NGD的合成，（b）SnO2的合成，（c）N-GD功能化SnO2的合成，（d）傳感薄膜制備過程，（e–h）N-GD功能化SnO2的FE-SEM橫截面圖。
Figure 2. N-GD–SnO2 NP的（a–b）TEM，（c）HR-TEM和（d）FFT圖。N-GD–SnO2 NP的STEM–EDS和元素分布情況：（e）映射區(qū)域，（f）C，（g）Sn和（h）O元素。（比例尺：（a）200 nm，（b）50 nm，（c）5 nm（插圖2 nm），（d）101/nm，（e-f）1 µm）
Figure 3. (a)原始SnO2 和 (b) N-GD–SnO2 NPs 的XPS 譜。
Figure 4. （a）原始SnO2在不同溫度時(shí)檢測(cè)NO2的情況（循環(huán)三次），（b）N-GD–SnO2在不同溫度時(shí)檢測(cè)NO2的情況（循環(huán)三次），（c）原始SnO2和N-GD–SnO2在不同溫度下100 ppb NO2濃度時(shí)的響應(yīng)情況，（d）在150°C下響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間比較，（e）N-GD–SnO2在不同NO2濃度時(shí)的響應(yīng)情況，插圖顯示了N-GD–SnO2的檢出限以及20 ppb NO2時(shí)的響應(yīng)情況，（f）原始SnO2和N-GD–SnO2對(duì)1 ppm氣體的選擇性。
Figure 5. N-GD–SnO2用于NO2 傳感時(shí)的增強(qiáng)機(jī)制。
該研究工作由韓國(guó)成均館大學(xué)Jeong Min Baik課題組于2020年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Zero-dimensional Heterostructures: N-Doped Graphene Dots/SnO2 for Ultrasensitive and Selective NO2 Gas Sensing at Low Temperatures。
本帖摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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