【引言】
为了治理大气污染，保障人类的生存和健康，在日常生活中的实时环境监测变得越来越重要。石墨烯具有超高的载流子迁移率、超高的比表面积和极低的电阻率等优异性质，逐渐成为气体传感器领域的研究热点。本文以化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯薄膜，对单层石墨烯气体传感器的气敏性能进行研究，得到优异结果，为开发新型高灵敏性石墨烯气体传感器提供参考依据。
【成果简介】
针对石墨烯气体传感器在室温下响应-恢复速度慢和稳定性差的问题，本文提出一种采用紫外辐照提高器件性能的方法。通过对器件进行响应-恢复、不同浓度气体、不同光功率、热稳定性、重复性、选择性等相关测试和分析，发现紫外辐照下的石墨烯传感器展现出更为优异的性能。器件响应率达到26%左右（无光照条件下，响应率为3.6%），提高了7倍。由于紫外辐照的协助，解吸附速率得到了提升，恢复时间也大大缩减，保障了器件短时间的重复使用。器件的探测极限浓度为42.18 ppb（无光照条件下，探测极限浓度为1 ppm），浓度和响应率表现为良好的分段线性关系。对比无光照辐照的石墨烯传感器，紫外辐照的石墨烯气体传感器表现出更好的热稳定性和重复性。同时，对其气敏响应机理也做出了探讨，紫外光照一方面清洁了石墨烯表面，提供了更多的活性位点，另一方面光照带来的能量在石墨烯薄膜界面激发了大量的电子-空穴对，这些电子-空穴对参与到气体分子和石墨烯的电荷转移过程当中，加剧了吸附速率和掺杂程度，使得器件展现出更大的响应率。本文的研究成果对于石墨烯材料在传感器领域的应用具有重要的指导价值，为紫外辐照石墨烯二氧化氮气体传感器的设计提供了重要数据，探寻了石墨烯在气体传感器领域的潜在应用的可能性。
【图文导读】
图1 （a）器件的制备流程；（b）气敏测试系统。
图2 （a）二氧化氮分子吸附石墨烯表面的示意图；（b）有无紫外光照下传感器的响应-恢复曲线的对比。
图3 （a）无光照下传感器对多浓度的响应-恢复曲线；（b）无光照下传感器低浓度探测；（c）紫外光照下传感器对多浓度的响应-恢复曲线；（d）气体浓度和器件响应率之间的线性关系。
图4 有无光照下传感器的热稳定性测试对比。
图5 传感器的重复性测试（a）和长期稳定性测试（b）；（c）、（d）器件的选择性测试。
【文章题目】
High performance UV-assisted NO2 sensorbased on CVD graphene at room temperature论文通讯作者为马雷教授，第一作者为硕士研究生闫鑫。相关研究成果刊登于ACS Omega(2019).https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00935
