英国伯恩茅斯大学综述：2D材料酒精传感进展 State of the Art in Alcohol Sensing with 2D Materials

Ramin Boroujerdi*, Amor Abdelkader*, Richard Paul*

Nano-Micro Lett.(2020)12:33

https://doi.org/10.1007/s40820-019-0363-0

本文亮点

1 石墨烯和其他二维(2D)材料在酒精检测中的应用的总结。

2 深入讨论了使用2D材料酒精检测的基本原理和优点。

3 重点讨论了当前的乙醇传感器的局限性以及2D材料在应对挑战中的作用。

内容简介

石墨烯等二维(2D)材料，由于其单原子以及单分子层厚度，为设计更灵敏可靠的化学传感器打开了大门，而且二维材料的机械柔韧性可以用来设计柔性可穿戴传感器，英国伯恩茅斯大学科技学院Richard Paul教授课题组总结了近年来二维材料在酒精传感器的应用，重点讨论了二维材料乙醇传感器的局限性以及未来研究中存在的挑战。

研究背景

超薄材料在传感和生物传感中的潜在应用吸引越来越多的学者深入研究其特性和应用，二维材料凭借出色的表物理和化学特性为开发传感器的应用提供了选择。

图文导读

I 二维材料(过渡金属硫属元素化物，过渡金属碳化物，氮化物，MXenes以及MOF)

石墨烯以及氧化石墨烯为例。

图1 氧化石墨烯，还原石墨烯和石墨烯比较。

图2 氧化石墨烯以及还原石墨烯的制备方法。

II 二维酒精传感器和生物传感器

图3 传感器示意图。

(1) 对于像酒精这样的小分子，在极端情况下，仅石墨烯不能检测出低浓度，可以通过将官能团连接到石墨烯上或通过将石墨烯与其他有机或无机材料混合以形成杂化物来增强石墨烯基电极的灵敏度。

图4 用于修饰石墨烯改善表面-电解质界面的相互作用的湿化学方法和多种官能团。

图5 (a)基于rGO的多传感器阵列; (b-e)芯片的SEM和AFM图像; (f)胶片的高度曲线; (g)用于传感器测量的实验装置示意图。

(2) 各种纳米形态TiO₂在高温和低温下均对某些醇的表现出选择性行为，将其与其他2D纳米材料复合有望在乙醇传感中得到应用。

图6 (a)TiO2纳米管的SEM图像；(b，c)为MoS2-TiO2复合材料的HRTEM图像；(d)MoS2-TiO2的响应和恢复曲线传感器；(e)MoS2-TiO2传感器在不同乙醇浓度下的灵敏度。

(3) 复合材料的形态，结构以及与其他成分的相互作用在增强金属氧化物的2D传感器的性能中起着至关重要的作用。

图7 (a-c)使用0.2 mmol尿素镍泡沫上生长的六方晶状ZnCo2O4 SEM图像;(d)尿素含量的增加，片材厚度增加SEM图像;(e)传感器的信号-时间曲线(f)不同种气体以及浓度对传感器信号的影响。

图8 (a)Co3O4微球的SEM图像；(b，c)中空Co3O4微球的TEM图像；(d)传感器在220°C下动态感应到乙醇的动态气体瞬变；(e)传感器对220°C下各种乙醇浓度的响应；(f)传感器在220°C下对30 ppm乙醇的长期稳定性。

作者简介

Richard Paul

Bournemouth University

主要研究领域:Metabolomics ofcancer; The analysis of biomarkers of stress, alcohol abuse and novelpsychoactive substance (NPS) abuse.

Email: rpaul@bournemouth.ac.uk

个人主页: https://staffprofiles.bournemouth.ac.uk/display/rpaul