Reduceret grafenoxid dekoreret med metalliske nanopartikler viser et stort potentiale for gasdetektion

Grafen - carbonatomer pakket i et bikagegitter - udviser exceptionelle fysiske og elektroniske egenskaber, der ikke findes i konventionelle materialer. At dekorere overfladen af ​​grafen med nanopartikler kan yderligere forbedre materialets ydeevne, men fremstillingsteknikken er ikke uden udfordringer. Verawati Tjoa og kolleger ved A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology og Nanyang Technological University har nu demonstreret en nem måde at dekorere overfladen af ​​grafen med guld nanopartikler. Det resulterende materiale er mere følsomt og alsidigt end udekoreret grafen til gasdetektion.

Selvom grafen med høj renhed kan opnås gennem mekanisk eksfoliering af grafit af høj kvalitet, denne metode er ikke egnet til store applikationer. Tjoa og hendes team fokuserede deres opmærksomhed på reduceret grafenoxid (rGO), som er meget mere tilgængelig og praktisk til applikationer, og undersøgt, hvordan vedhæftning af guldnanopartikler kan påvirke materialets fysiske egenskaber. De opnåede guld-dekorerede reduceret grafenoxid (Au-rGO) plader ved at nedsænke grafenoxidplader i chlorauric acid før kemisk reduktion.

Dannelsen af ​​metal nanopartikler er faktisk blevet rapporteret før, men som Tjoa forklarer "[dette arbejde] er det første af sin art til at studere de elektroniske egenskaber af disse systemer". Den elektriske karakterisering viser umiddelbart, at Au-rGO er positivt dopet og har lavere ledningsevne end rGO. Den lavere ledningsevne skyldes sandsynligvis spredningen af ​​ladninger på metalnanopartiklerne. Den positive doping kan tilskrives overførslen af ​​elektroner fra grafenoxidet til metalsaltet under dannelsen af ​​guldnanopartiklerne, som blev bekræftet gennem Raman-spektroskopi-eksperimenter.

Forskerne fandt interessante resultater, da de udsatte Au-rGO-lagene for forskellige gasser. I tilfælde af svovlbrinte, en gas, der fungerer som en elektrondonor, ledningsevnen af ​​Au-rGO lag viste en kraftig reduktion, indikerer indsprøjtning af elektroner til arket, hvilket igen fører til et lavere antal ledende huller. Denne strømmodulation under eksponering for svovlbrinte er betydelig, da umodificeret grafen er følsomt over for oxiderende gasser såsom nitrogendioxid, men ikke til giftige gasser som svovlbrinte. Følsomheden er også højere, når guldnanopartikler er til stede, da de tillader indsprøjtning af ekstra huller i rGO-flyet, hvilket resulterer i højere ledningsevne. Forskerne udførte også yderligere eksperimenter med sølvdekoreret rGO, giver kvalitativt ens resultater.

Følsomheden af ​​det nanopartikeldekorerede materiale kan justeres ved at ændre antallet af vedhæftede nanopartikler. "Dette arbejde er den første demonstration af, hvordan introduktionen af ​​metalnanopartikler kunne føre til nye sanseevner i grafen, ” siger Tjoa.