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我院量子点气体传感器研究取得新进展
发布时间:2016-3-4 19:44:44 作者: 来源: 点击率:

  (通讯员 田莉 李敏)胶体量子点具有比表面积大、物化特性灵活可调、易于室温成膜和大批量生产的优势,在发展新一代适合物联网应用的高精度、低功耗气体传感器方面具有良好的潜力。我院教育部新世纪人才刘欢副教授带领课题组研究生在国际上较早开始了量子点气体传感器的研究,发展了利用表面修饰调控量子点物化特性的方法,设计制备出灵敏度高、响应/恢复速度快的硫化铅和氧化锡量子点气体传感器,之前曾在《Advanced Materials》(IF=17.4)、《Applied Physics Letters》(IF=3.3)和《Sensors and Actuators B-Chemical》(IF=4.0)等SCI重要刊物发表相关成果。在最近的工作中,该团队在前期工作基础上,引入导电特性更好的碳基低维纳米结构制备出新型的胶体复合物气敏材料,结合从SnO2量子点到SnO2量子线的形貌调控,逐步将氧化锡气体传感器对硫化氢气体的工作温度成功降低至室温。

  2014级博士生宋志龙等人在SnO2胶体量子点合成的前驱体溶液中,引入还原氧化石墨烯(rGO),通过合成条件的细致研究,制备出不同形貌的SnO2量子线/rGO复合纳米材料,室温下将其旋涂在预制有欧姆电极的氧化铝陶瓷衬底上,进行无机配体表面修饰后完成传感器制作。由于rGO较大的比表面积和优异的电子传输能力,制备出的SnO2量子线/rGO复合纳米材料展现出室温下快速响应并可恢复的气敏效应,对50 ppm H2S气体的传感器响应在室温下达到了33,响应/恢复时间仅为2秒和292秒,以他为第一作者的论文“Sensitive Room-Temperature H2S Gas Sensors Employing SnO2 Quantum Wire/Reduced Graphene Oxide Nanocomposites”发表在化学领域权威期刊《Chemistry of Materials》(IF= 8.354,导师刘欢为通讯作者),详见http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b04850

  与此同时,2014级硕士生张文楷等人采用简单的磁力搅拌方法,通过胶体量子点表面油酸油胺长链与多壁碳管(MWCNT)表面之间范德瓦尔斯力的作用,将氧化锡量子点均匀分散在碳管表面,得以将量子点独特的气敏活性和碳管优良的导电性相结合,并借助SnO2量子点/MWCNT界面对载流子传输的有利界面作为气敏效应增强机制,将传感器在70℃下对50 ppm H2S的响应提高到了108,相关工作论文“Solution-Processed Gas Sensors Employing SnO2 Quantum Dot/MWCNT Nanocomposites”发表于《ACS Appl. Mater. Interfaces》(IF=6.7),详见http://dx.doi.org/10.1021/acsami.5b10188

  此外,2013级硕士生邵刚与光电国家实验室(筹)唐江教授课题组胡龙博士生合作,通过不同温湿度条件下的电阻原位测量研究了钙钛矿薄膜的稳定性,讨论了钙钛矿薄膜与水汽之间的相互作用过程及机理。以他为共同第一作者的论文“Investigation of the Interaction between Perovskite Films with Moisture via in Situ Electrical Resistance Measurement”发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》,详见http://dx.doi.org/10.1021/acsami.5b06268

  课题组研究生徐宋曼和本科特优生罗真等人的“基于量子点的高灵敏、低功耗环境气体传感器”还获得了第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品二等奖。刘欢受邀在中国电子学会主办召开的第十二届中国气湿敏传感技术学术交流会上(河南郑州,2015年11月)作大会邀请报告,课题组李敏、宋志龙、徐宋曼、张文楷和于号雄五名研究生参会交流,其中四人分别作了分会报告,受到国内学术同行关注和好评。在研究生国际学术交流基金的资助下,博士生李敏还参加了第十一届亚洲化学传感器会议(ACCS 2015)并作口头报告。

   

   

  以上工作得到了国家自然科学基金、教育部新世纪人才计划和湖北省自然科学基金重点项目的支持。

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