電化學氣體感測器的新型固態電解質—功能化氧化石墨烯薄膜

氣體感測器可用來檢測各種氣體並用於諸多領域例如汽車，航空，安檢，環境，食品，醫藥安全等等。其中，電化學氣體感測器因為利用了微型燃料電池的原理獲得與氣體含量直接相關的輸出信號而獲得了廣泛應用。而電解質作為一個重要的組成部分，在電化學氣體感測器中起到了離子導通的重要作用。傳統的固態電解質需要高溫來維持離子傳導率，高能耗使其不適合攜帶型的設備；傳統的液態電解質又存在漏液不穩定等問題。因此，研發一種室溫高離子傳導率的固態電解質有助於開發適用於攜帶型器件的全固態電化學氣體感測器。針對這一問題，加拿大滑鐵盧大學Zhongwei Chen教授課題組製備了一種磺酸功能化的自支撐氧化石墨烯薄膜材料並首次將其作為固態電解質組裝到全固態電化學氣體感測器中。這種功能化氧化石墨烯薄膜可以在室溫下高效快速的傳導質子，同時阻礙檢測氣體分子（乙醇）的透過。這種基於直接乙醇燃料電池原理而設計的電化學氣體感測器，可以對乙醇分子做出快速而靈敏的響應。不但其輸出信號與乙醇蒸氣濃度呈現出線性關係，而且其檢出限可以到達25ppm。並且相對於丙酮蒸氣，這種電化學氣體感測器表現出對乙醇卓越的選擇性。因此，這種感測器在攜帶型器件，尤其是呼氣酒精檢測儀中展現出良好的應用前景。與此同時，這項研究成果也為研究石墨烯衍生物在氣體感測器中的應用提供了一種新的途徑。相關實驗結果作為封面和VIP文章發表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201504604)上。

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