Grafen - kolatomer förpackade i ett bikakegitter - uppvisar exceptionella fysiska och elektroniska egenskaper som inte finns i konventionella material. Att dekorera ytan av grafen med nanopartiklar kan ytterligare förbättra materialets prestanda, men tillverkningstekniken är inte utan sina utmaningar. Verawati Tjoa och medarbetare vid A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology och Nanyang Technological University har nu visat ett enkelt sätt att dekorera ytan av grafen med guldnanopartiklar. Det resulterande materialet är mer känsligt och mångsidigt än odekorerat grafen för gasdetektering.

Även om grafen med hög renhet kan erhållas genom mekanisk exfoliering av grafit av hög kvalitet, denna metod är inte lämplig för storskaliga applikationer. Tjoa och hennes team fokuserade sin uppmärksamhet på reducerad grafenoxid (rGO), vilket är mycket mer tillgängligt och praktiskt för applikationer, och studerade hur fästning av guldnanopartiklar kan påverka materialets fysiska egenskaper. De erhöll gulddekorerade reducerade grafenoxid (Au-rGO) ark genom att sänka grafenoxidark i kloroaurinsyra före kemisk reduktion.

Bildandet av metallnanopartiklar har faktiskt rapporterats tidigare, men som Tjoa förklarar ”är [det här arbetet] det första i sitt slag som studerar de elektroniska egenskaperna hos dessa system”. Den elektriska karakteriseringen visar omedelbart att Au-rGO är positivt dopad och har lägre konduktivitet än rGO. Den lägre konduktiviteten beror troligen på spridning av laddningar på metallnanopartiklarna. Den positiva dopningen kan tillskrivas överföringen av elektroner från grafenoxiden till metallsaltet under bildandet av guldnanopartiklarna, som bekräftades genom Raman -spektroskopi -experiment.

Forskarna fann intressanta resultat när de exponerade Au-rGO-skikten för olika gaser. När det gäller svavelväte, en gas som fungerar som elektrondonator, konduktiviteten hos Au-rGO-lager visade en kraftig minskning, indikerar injektion av elektroner till arket, vilket i sin tur leder till ett lägre antal ledande hål. Denna nuvarande modulering under exponering för svavelväte är signifikant eftersom omodifierad grafen är känslig för oxiderande gaser såsom kvävedioxid, men inte för giftiga gaser som svavelväte. Känsligheten är också högre när det finns guldnanopartiklar, eftersom de tillåter injektion av extra hål i rGO -planet, resulterar i högre konduktivitet. Forskarna genomförde också ytterligare experiment med silverdekorerad rGO, ger kvalitativt liknande resultat.

Känsligheten hos det nanopartikeldekorerade materialet kan justeras genom att ändra antalet bifogade nanopartiklar. "Detta arbete är den första demonstrationen av hur införandet av metallnanopartiklar kan leda till nya avkänningsmöjligheter inom grafen, ”Säger Tjoa.