鹵化鉛鈣鈦礦因其優(yōu)異的性能而備受關(guān)注，并已被廣泛應(yīng)用。然而，鉛的高毒性促進(jìn)了對(duì)替代納米材料的迫切和必要的研究。從這個(gè)角度來(lái)看，新興的無(wú)鉛鈣鈦礦是一種環(huán)保無(wú)害的選擇。本工作首次報(bào)道了基于石墨烯支撐的無(wú)鉛鈣鈦礦納米晶體的氣體傳感器，石墨烯由于其高效的載流子傳輸特性而充當(dāng)轉(zhuǎn)換元件。由于納米晶體的量子限制效應(yīng)和激子結(jié)合能，納米晶體的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣體化合物的優(yōu)異敏感性，并且表現(xiàn)出比大塊鈣鈦礦薄膜更好的性能。具體而言，提出了一種工業(yè)上可擴(kuò)展、簡(jiǎn)單且廉價(jià)的合成方法，以支持石墨烯上的兩種不同鈣鈦礦（Cs
3CuBr
5和Cs
2AgBiBr
6），用于有效檢測(cè)低于閾值的多種有害污染物。利用無(wú)鉛鈣鈦礦首次檢測(cè)了H2和H
2S氣體，并在室溫下實(shí)現(xiàn)了NO
2的超靈敏檢測(cè)。此外，還詳細(xì)研究了納米晶體的帶隙類型、缺陷容限和電子表面陷阱，以了解觀察到的傳感性能的差異。最后，提出了一種綜合感知機(jī)制。
圖1.Cs
3Cu
2Br
5（a）和Cs
2AgBiBr
6（d）鈣鈦礦納米晶體的XRD圖譜。Cs
3Cu
2Br
5（b，c）和Cs
2AgBiBr
6（e，f）納米晶體在不同放大倍數(shù)下的HR-TEM圖像。
圖2.Cs
3Cu
2Br
5（a）和Cs
2AgBiBr
6（b）NC的紫外-可見吸收光譜和Tauc圖（插圖）。樣品制備包括將NCs懸浮在異丙醇中的10×10 mm熒光石英試管中。隨后，通過用氬氣流吹掃15分鐘來(lái)密封反應(yīng)杯并脫氣。
圖3.室溫下檢測(cè)NO
2（a）、H
2（b）、NH
3（c）和H
2S（d）時(shí)的電響應(yīng)示例。所有氣體均在ppm范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，但NO
2除外，其檢測(cè)濃度為ppb。藍(lán)線和紅線對(duì)應(yīng)于石墨烯上負(fù)載的Cs
3Cu
2Br
5和Cs
2AgBiBr
6。
圖4.在干燥和潮濕（70%R.H.）環(huán)境下，石墨烯上負(fù)載的Cs
3Cu
2Br
5和Cs
2AgBiBr
6 NCs在室溫下對(duì)NO
2的傳感響應(yīng)的比較（a）。通過在室溫下連續(xù)暴露NO
2（500 ppb）對(duì)Cs
3Cu
2Br
5 NC進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)（b）。
圖5：雷達(dá)圖，總結(jié)了不同目標(biāo)氣體的傳感響應(yīng)，并比較了兩種無(wú)鉛鈣鈦礦的性能。
圖6.無(wú)鉛鈣鈦礦的擬議傳感機(jī)制。帶隙變窄和載流子通過能量景觀的輻射復(fù)合。當(dāng)使用石墨烯上負(fù)載的無(wú)鉛鈣鈦礦納米晶體時(shí)，氧化（a）和還原（b）氣體的綜合檢測(cè)機(jī)制。STE：自陷激子。Gr：石墨烯。
相關(guān)研究成果由羅維拉維吉爾大學(xué)Juan Casanova-Chafer和瓦倫西亞理工大學(xué)Rocio Garcia-Aboal等人2022年發(fā)表在ACS Sensors (https://doi.org/10.1021/acssensors.2c01581)上。原文：Unraveling the Gas-Sensing Mechanisms of Lead-Free Perovskites Supported on Graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
