In2O3/石墨烯复合材料的界面调控及其对呼气中痕量NO2的检测研究

基本信息
批准号:61603279
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:19.00
负责人:杨卫
学科分类:
依托单位:武汉工程大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:何霏,刘海洋,舒绍明,黄峰,刘翎玥
关键词:
石墨烯呼气复合材料界面调控
结项摘要

Rapid detection of trace NO2 in exhaled breath with high sensitivity and selectivity and is vital for diagnostics of lung inflammation. Reduced graphene oxide (RGO) is an excellent NO2-sensing material, however, its desorption speed after a sensing event is relatively slow due to gaseous molecular interactions with higher-energy binding sites (including structural defects and oxygen functional groups) on the surface of graphene. In this study, interface modulation of higher-energy binding sites in RGO using In2O3 nanomaterial is developed. The controlled morphology and –NH2 decorated surface of In2O3 as a precursor is added into GO for purpose of fixing In2O3 at higher-energy binding sites through certain affinity. The influence of In2O3 morphology, additive In2O3 amount, and preparation condition on modulating higher-energy binding sites is investigated in this case. Moreover, the relationship between interface modulation and gas-sensing performance is also explored to prove effective modulation of higher-energy binding sites is favorable for enhancing recovery speed and improve limit of detection (LOD) of NO2, and it’s a good theoretical basis for exploiting high-performance gas sensors based on graphene material.

呼气中痕量NO2的高灵敏度、高选择性的快速检测对于肺炎疾病的初步诊断具有重要的意义。还原氧化石墨烯(RGO)是一种优良的NO2气敏材料,然而,由于其高能结合位点(结构缺陷和含氧功能基团)的存在,使得NO2在其表面的脱附速度极慢。本项目采用In2O3纳米材料对RGO中的高能位点进行界面调控,拟以表面修饰-NH2的In2O3和氧化石墨烯(GO)作为前驱体,利用-NH2与高能结合位点的特异性亲和作用,来实现特定形貌In2O3在高能结合位点上的固定。研究In2O3的形貌、添加量和制备条件等因素对高能结合位点的界面调控规律,探索界面调控与气敏性能的关联机制,揭示高能结合位点的有效调控在提升石墨烯表面的NO2脱附速度和降低NO2检测限中的作用,为开发高性能的石墨烯基气体传感器奠定理论基础。

项目摘要

围绕特定目标气体(NO2, 三乙胺等)的高选择性、高灵敏度快速检测,研发出了以In2O3、还原氧化石墨烯、MoO3为主的气体传感器。针对检测响应度较低和恢复速率较慢等缺点,采用合理的结构设计、表面造孔、掺杂、表面贵金属修饰、脉冲加热等手段,来提升响应、进一步降低检测下限、加快恢复速率,使其更好的满足对特定环境中目标气体的高效检测的要求。其中:(1)多孔结构In2O3的制备。片层和微立方体状的In2O3传感器在较低的工作温度下(100 oC),对NO2表现出超高的选择性,检测极限可达10ppb,而且通过脉冲加热可将传感器的恢复时间控制在3min之内。表面破损的In2O3微米管传感器在300 oC下对三乙胺(TEA)具有较高的响应(Ra/Rg=72.5对100ppm TEA)和较好的选择性,检测限可达0.1ppm;(2)制备出了一系列的酸性MoO3纳米棒及其复合物。单纯的MoO3纳米棒对TEA表现出极高的选择性和灵敏度(Ra/Rg=101.7对100 ppm TEA),检测下限可达0.1ppm。同时,通过缺陷调控(Cr元素掺杂)和表面贵金属(Ag纳米颗粒)修饰,进一步将对TEA的响应(Ra/Rg)提高至150.3和408.6。并且,在将脉冲加热辅助下,恢复时间可控制在2min内。在项目的执行过程中,在ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Alloys and Compounds等国际知名期刊上发表SCI论文5篇;培养研究生2名,协助指导研究生2名。项目组成员参加本领域主要会议4次,做分组报告1次。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

珠江口生物中多氯萘、六氯丁二烯和五氯苯酚的含量水平和分布特征

DOI:10.7524 /j.issn.0254-6108.2017122903
发表时间:2018
2

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

萃取过程中微观到宏观的多尺度超分子组装 --离子液体的特异性功能

DOI:10.7538/hhx.2022.yx.2021092
发表时间:2022
3

骨外器官来源外泌体对骨骼调控作用的研究进展

骨外器官来源外泌体对骨骼调控作用的研究进展

DOI:10.13376/j.cbls/2021092
发表时间:2021
4

石墨烯基TiO2 复合材料的表征及其可见光催化活性研究

石墨烯基TiO2 复合材料的表征及其可见光催化活性研究

DOI:10.3969/j.issn.1674-3644.2017.01.009
发表时间:2017
5

沥青炭填充提高SnO_2/还原氧化石墨烯负极材料Coulomb效率及储钠性能

沥青炭填充提高SnO_2/还原氧化石墨烯负极材料Coulomb效率及储钠性能

DOI:
发表时间:2020

杨卫的其他基金

批准号:30870491
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:19972031
批准年份:1999
资助金额:15.00
项目类别:面上项目
批准号:10832009
批准年份:2008
资助金额:200.00
项目类别:重点项目
批准号:19172036
批准年份:1991
资助金额:5.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

用于呼气中痕量VOC标志物检测的石墨烯气体传感阵列研究

批准号:51573025
批准年份:2015
负责人:徐华
学科分类:E0309
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
2

面向大气环境中低浓度NO2检测的石墨烯复合材料基气体传感器阵列研究

批准号:61603070
批准年份:2016
负责人:王振宇
学科分类:F0306
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

石墨烯/沥青涂层对碳/碳复合材料界面改性及其机理研究

批准号:51003021
批准年份:2010
负责人:姜再兴
学科分类:E0302
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

石墨烯/铝电子封装复合材料界面调控及对热物理性能的作用机理

批准号:51301076
批准年份:2013
负责人:冷金凤
学科分类:E0105
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目