基于有序介孔氧化銦／石墨烯納米復合物的高效酒精傳感器

　　氣敏傳感器在工農業生產、環境監測、醫療診斷和國防軍事等領域有廣泛的應用，而氣敏材料被視為發展先進氣敏傳感器的關鍵。有序介孔金屬氧化物是一類非常有應用潛力的氣敏材料，吸引了廣泛的關注。最近一項研究揭示：在有序介孔氧化銦中添加少量的石墨烯能顯著改善其對乙醇氣體的敏感性質（如圖1）。

　　研究相關的論文題為：“Controlling synthesis and gas-sensing properties of ordered mesoporous In2O3-reduced graphene oxide (rGO) nanocomposite”，近期在2015年第15期Science Bulletin（《科學通報》英文版）出版，由寧夏大學賴小勇副研究員擔任通訊作者撰寫。

　　研究者通過硬模板法合成了有序介孔氧化銦納米粒子、“氧化-剝離-還原”方法得到了還原氧化石墨烯納米片，再將二者通過超聲輔助混合組裝成納米復合材料。這種納米復合材料繼承了介孔氧化銦和還原氧化石墨烯的結構特點，形成了獨特的三維分級結構。基于這種復合材料的傳感器表現出了顯著增強的氣敏響應，并且對乙醇氣體表現出較高的選擇性，有望在呼吸疾病診斷、酒駕檢測等方面得到應用。

　　有序介孔金屬氧化物氣敏材料的研究主要集中在對材料的微結構(如孔結構、孔徑、孔壁厚度、粒子尺寸)、骨架成份和表面活性等進行調控和優化，以實現氣敏性能改善。例如德國Tiemann課題組報道了介孔氧化銦對甲烷氣體的響應隨孔壁厚度減小而提高；類似的結果也在此項研究者探索介孔氧化銦甲醛氣敏性質的工作中被發現；他們還發現介孔氧化銦對甲醛氣體的響應可以通過復合少量金屬銀納米粒子而得到進一步提高。

　　不同于上述研究思路，此項研究提出將二維的石墨烯納米片引入到有序介孔氧化銦納米粒子之間，形成半導體異質結，引發介孔金屬氧化銦與石墨烯納米片之間的電子轉移和載流子濃度改變，構建新的氣敏響應體系。這種復合材料的氣敏性質將不只與介孔氧化銦的微結構、骨架成份和表面活性有關，也與石墨烯納米片的尺寸、表面功能基團類型和數量以及二者的比例和復合方式等密切相關，這允許通過獨立地調控這些基元材料的結構參數，進一步提高其氣敏性質，獲得更高效的氣敏材料，發展更為先進的氣敏傳感技術。

　　這一研究結果豐富了有序介孔氣敏材料的研究，為如何進一步提高介孔金屬氧化物半導體的氣敏性質提供了新的思路。類似的策略也可以應用于其他有序介孔金屬氧化物/還原氧化石墨烯納米復合物的合成，對高效氣敏材料的研究和開發具有十分重要的科學意義和參考價值。