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文档简介

本稿件的写作思路及研究背景来自于国家自然基金“功能化石墨烯气体传感器多气氛检测技术及敏感机理”，氧化石墨烯中含有多种含氧官能团，可作为气体分子的吸附位点，而不同的含氧官能团对不同气体分子的吸附性能差异明明显，羟基对氨气具有很好的吸附性，通过控制反应条件使氧化石墨烯中的羟基含量占优势，使其对氨气的吸附性更强，达到对氨气高选择吸附的目的。摘要：基于改进的Hummers法，通过改变氧化剂KMnO4用量制备了各种含氧官能团含量差异明显的氧化石墨烯（GOs）水相分散液，采用旋涂法制备了厚度均一的GOs气敏元件。利用XRD、FTIR、XPS对样品的结构、官能团种类及含量进行了分析；利用气敏测试系统对GOs气敏元件的NH3敏感性能进行了测试。结果表明：GOs含有羟基（—OH）、环氧基〔—CH(O)CH—〕等含氧官能团，随KMnO4用量的增加，GOs中羟基（—OH）的相对含量（XPS测得）先增加后减少，当m（KMnO4）∶m（石墨）=3∶1时，—OH的相对含量最高。不同氧化程度的GOs气敏元件对NH3灵敏度与其—OH的相对含量呈正相关性，GOs中—OH相对含量为43.75%时，气敏元件对体积分数为0.008%的NH3最大灵敏度达到78%，且有较好的稳定性和重复性，重复性误差为3.1%。GOs对NH3分子的响应存在两种机制：NH3分子进入GOs片层间水分子层后水解形成NH4+的离子电导，和GOs结构层上含氧官能团对NH3分子吸附后形成氢键的电荷转移。结论（1）GOs样品的含氧官能团具有明显的差异，—CH(O)CH—和—COOH出现在氧化程度较高的GOs-4、GOs-5样品中，—OH相对含量随氧化剂用量增加先增加后减小，当m（KMnO4）∶m（石墨）=3∶1时，GOs中—OH相对含量最高，达到43.75%。（2）不同氧化程度的GOs气敏元件对NH3的灵敏度与其—OH相对含量成正相关性，响应时间随—OH相对含量增加而缩短，恢复时间则随—OH相对含量增加而增加。（3）—OH对NH3具有良好的选择性，—OH相对含量最高时（GOs-3），NH3敏感性能达到最佳，即对体积分数为0.008%的NH3最大灵敏度为78%，且具有较好稳定性和重复性，重复性误差为3.1%。（4）GOs对NH3分子的响应存在两种机制：NH3分子进入GOs片层间水分子层后水解形成NH4+的离子电导机制；GOs结构层上含氧官能团对NH3分子吸附后的电荷转移机制。（5）羟基型GOs具有良好的氨敏性能，可实现室温下对NH3的有效检测，是一种潜力巨大的NH3气体传感器材料。不同氧化程度GOs元件静态电阻变化曲线（a

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