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研究背景
研究发现，使用高质量石墨烯作为模板，成功合成了高比表面积的混合六方氮化硼（h-BN）/石墨烯气凝胶，并在选择性气体传感方面进行了应用。通过实验观察发现，模板合成h-BN的难度与碳模板的质量成正相关，这一发现在石墨烯纳米片和碳纳米管上也得到了验证。将这种混合材料应用于气体传感时，可以实现ppb级别的检测限，并对氨气（NH3）具有高选择性。通过密度泛函理论计算发现，NH3分子与气凝胶之间的吸附能和电荷转移得到了显著增强。因此，这种创新方法扩展了h-BN在气体传感中的应用，并有望在气体捕获、环境监测等相关领域发挥重要作用。
图文解析
图2. 使用 a-c) 低质量碳模板和 d-f) 高质量碳模板合成 h-BN 的过程示意图。
图3. a) CS-FET 的横截面示意图；b) 显示 CS-FET 的芯片光学显微照片；c) CS-FET 的局部放大图；d) 室温下不同浓度 NH3 的实时传感器响应。插图为归一化传感器响应与低浓度 NH3 之间的关系。对 NH3 敏感的 CS-FET 中 BN-GA 传感层和超薄硅通道之间的带排列示意图 e) NH3 吸附前和 f) 吸附后。
图4. a) 石墨烯纳米片和 d) h-BN/ 石墨烯异质结构上吸附 NH3 的优化结构的俯视图和侧视图。b) 石墨烯和 e) h-BN/ 石墨烯异质结构上吸附 NH3 的电荷密度差。c) 石墨烯和 f) h-BN/ 石墨烯异质结构上吸附 NH3 的电荷密度差切片。g) NH3 吸附前后 NH3 和 BN-GA 的 TDOS。
该研究提出了一种利用 GA 模板合成 BN 基气凝胶的高度可控的方法，通过改变模板的质量和反应条件，可以微调成分和密度。研究者在合成 BN 基三维气凝胶方面探索了一种新方法，并强调了高比表面积在气体传感平台上的重要性。利用活性氨气作为氮源和硼酸作为硼源，成功合成了 BN-GA 和 BNA 气凝胶，同时保持了多孔宏观和纳米级形态。实验结果表明，质量较高的碳模板与 h-BN 转换的困难程度成正相关。研究者还在 CSFET 上集成超薄高缺陷 h-BN 涂层石墨烯气凝胶，制备了超灵敏 NH3 传感器。DFT 模拟进一步证明了高缺陷 h-BN 可以增强 NH3 分子与气凝胶之间的吸附能和电荷转移，从而实现了有效的氨分子识别和捕获。
G. Li,
DOI: 10.1002/adfm.202416251
信息来源：学研云课堂
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