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石墨烯新技能:快速识别不同气体!

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-04-08  来源:能源狂人  作者:中国碳谷网  浏览次数:74
核心提示:尔托大学SunZhipei教授和美国明尼苏达大学Tony Low教授合作,使用石墨烯等离子体探测旋转振动模式来无标识识别SO2,NO2,N2O和NO
 尔托大学Sun Zhipei教授和美国明尼苏达大学Tony Low教授合作使用石墨烯等离子体探测旋转振动模式来无标识识别SO2,NO2,N2O和NO气体分子,由于石墨烯等离子体的强限制性和石墨烯纳米带上的气体分子的高物理吸附,使得吸附在石墨烯表面上的检测到的气体分子层的浓度为800 zeptomole/μm。

此外,通过进一步实验证明了所设计的设备的快速的响应时间(<1分钟),可实现对气体化学反应的实时监控。使用石墨烯等离子体纳米结构对气体分子识别,能够为包括呼吸诊断和挥发性有机化合物的监测在内的新兴应用打开大门。相关研究成果以“Gas identification with graphene plasmons”为题发表在Nature Commun.上。

图 1. 用于进行气体识别的石墨烯等离子体装置

石墨烯纳米结构进行气体检测和鉴定测量是通过使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)记录它们的IR透射光谱来进行的。

图2 不用气体分子的鉴别

使用石墨烯等离子体来识别氮氧化物(即NO,NO2和N2O)等类似分子,是其优势所在。图3a-c分别显NO,NO2和N2O气体的等离子体响应。可以从它们的旋转振动指纹峰中清楚地识别这些氮氧化物。此外,这些气体可以使用所设计的设备来区分。图 3d显示了两种气体混合物的消光光谱,一种含有SO2和N2O,另一种含有SO2,N2O和NO2。这些结果证实,使用设计的石墨烯纳米带装置可以清楚地识别气体混合物中每种分子种类的旋转振动指纹峰。

总之,即使气体分子具有相似的成分,也能使用石墨烯等离子体进行实时和无标记的气体识别,石墨烯等离子体也可以明确地区分不同类型的气体。这一先进功能为气体传感和识别提供了令人振奋的前景,包括检测稀释污染物和监测化学反应。可以通过设计利用光学传感器梯度,介电电泳力和随着温度变化的物理吸附进一步提高所设计的石墨烯等离子体装置的灵敏度和时间分辨率。


 
 
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