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 5. 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 6. 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。
参考文献：
G. Li, H. Long, S. Turner, A. Azizi, A. Yan, Z. Yuan, G. Liao, C. Carraro, R. Maboudian, T. Shi, A. Zettl, Template Quality Dependent Conversion Synthesis of Boron Nitride Coated Graphene Hybrid Aerogels for Ultrasensitive and Selective Am
第一作者：Guangliang Li
通讯作者：胡龙，Alex Zettl
通讯单位：华中科技大学，加州大学伯克利分校
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