由于人類活動導致的有害氣體排放不斷增加，已經演變成為一個嚴峻的問題，對全球生態系統構成緊迫威脅。為了應對這一挑戰，開發用于氣體傳感器系統的先進材料，對于精確檢測有害氣體污染物而言至關重要。

據麥姆斯咨詢報道，近期，安貝德卡爾大學（Dr. Babasaheb Ambedkar Marathwada University）、夸美紐斯大學（Comenius University）等機構的研究人員利用還原氧化石墨烯（rGO）-釕八乙基卟啉（Ru OEP）新型復合材料作為活性材料，制備出一種化學電阻式氣體傳感器裝置。該傳感器對一氧化碳（CO）氣體具有出色的響應能力，檢測限（LOD）低至2.5 ppm，具有快速響應時間（43 s）、恢復時間（65 s）以及長期使用的可靠性和穩定性。相關研究成果以“Enhanced CO sensing with highly sensitive and selective rGO-Ru OEP chemiresistive sensor”為題發表在Chemical Physics Impact期刊上。

圖1 本研究工作的圖片摘要

這項工作首次研究了Ru OEP與rGO復合材料用于檢測CO的特性。基于sp2碳原子組成的rGO二維納米結構是通過共價鍵快速傳導電荷，經過rGO改性的Ru OEP有利于提高氣體傳感器的選擇性，Ru OEP的核心金屬離子和外圍乙基有利于增強傳感器的靈敏度和選擇性。研究人員通過X射線衍射（XRD）、原子力顯微鏡（AFM）、紫外-可見光譜（UV-Vis）、拉曼光譜、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和電流-電壓（I-V）分析等多種表征方法，對所制備的rGO-Ru OEP復合材料性能進行了評估，驗證了其用于化學電阻傳感的優異特性。

圖2 Ru OEP與rGO的傳感機制示意圖

研究人員將rGO-Ru OEP復合材料沉積在Si/SiO?基底上間隙為3 μm的金微電極上，制備出一種雙端傳感器，在化學電阻模式下對雙端傳感器的傳感特性進行了評估。結果表明，基于rGO-Ru OEP復合材料的化學電阻式氣體傳感器對CO的響應能力非常出色，檢測限低至2.5 ppm，遠低于美國職業安全與健康管理局（OSHA）建議的50 ppm允許暴露限值（PEL）。此外，該氣體傳感器響應時間和恢復時間分別為43 s和65 s，在長達80天的時間內具有較強的穩定性，且靈敏度高、重復性好、線性相關性高（R2 = 0.99）。

圖3 用于CO檢測的動態氣體傳感系統方案

圖4 （a）基于rGO-Ru OEP復合材料的傳感器對CO的化學電阻響應：（a）50 ~ 300 ppm；（b）2.5 ~ 10 ppm

圖5 基于rGO-Ru OEP復合材料的化學電阻式氣體傳感器的傳感特性

這項研究突顯了先進材料（尤其以rGO-Ru OEP復合材料為例）在制備高效氣體傳感器方面的潛力，對于應對環境和安全方面的緊迫挑戰至關重要。該研究成果為快速發展的氣體傳感器技術提供了重要參考，并為更多創新解決方案的推出奠定了基礎，未來有望有效減緩人類活動對脆弱生態系統造成的不良影響。

審核編輯：劉清