瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員與其他大學(xué)的同事一起發(fā)現(xiàn)了制備單原子薄鉑用作化學(xué)傳感器的可能性。該結(jié)果最近發(fā)表在科學(xué)雜志《先進(jìn)材料界面》上。

沉積在碳“緩沖層”表面上的鉑原子示意圖，碳“緩沖層”是一種在碳化硅上外延生長(zhǎng)的類(lèi)石墨烯二維絕緣材料，可實(shí)現(xiàn)鉑的二維生長(zhǎng)。

“簡(jiǎn)而言之，我們?cè)O(shè)法制造了一個(gè)原子厚的金屬層——一種新材料。我們發(fā)現(xiàn)這種原子薄的金屬對(duì)其化學(xué)環(huán)境非常敏感。當(dāng)它與氣體相互作用時(shí)，它的電阻會(huì)發(fā)生顯著變化” 查爾默斯微技術(shù)和納米科學(xué)系量子器件物理實(shí)驗(yàn)室的博士后、文章的主要作者 Kyung Ho Kim 解釋道。

研究的本質(zhì)是開(kāi)發(fā)石墨烯以外的二維材料。

“原子級(jí)薄的鉑可用于對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行超靈敏和快速的電檢測(cè)。我們已經(jīng)非常詳細(xì)地研究了鉑的情況，但鈀等其他金屬也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的結(jié)果，”量子裝置副教授塞繆爾·拉拉·阿維拉 (Samuel Lara Avila) 說(shuō)物理實(shí)驗(yàn)室和文章的作者之一。

研究人員利用原子級(jí)薄鉑敏感的化學(xué)電轉(zhuǎn)導(dǎo)能力來(lái)檢測(cè)十億分之一的有毒氣體。他們通過(guò)檢測(cè)苯證明了這一點(diǎn)，苯是一種即使在非常低的濃度下也具有致癌性的化合物，并且沒(méi)有低成本的檢測(cè)設(shè)備。

“這種使用原子級(jí)薄金屬的新方法對(duì)于未來(lái)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)應(yīng)用非常有前景，”林雪平大學(xué)應(yīng)用傳感器科學(xué)部門(mén)負(fù)責(zé)人、該論文的合著者 Jens Eriksson 說(shuō)。

通過(guò)結(jié)合納米結(jié)構(gòu)材料作為有源傳感元件來(lái)提高固態(tài)氣體傳感器的靈敏度可能會(huì)因?qū)�界面的影響而變得�?fù)雜。納米顆粒、晶粒或觸點(diǎn)處的界面可能會(huì)導(dǎo)致非線(xiàn)性電流-電壓響應(yīng)、高電阻，并最終導(dǎo)致限制傳感器讀數(shù)的電噪聲。

這項(xiàng)工作報(bào)告了通過(guò)物理氣相沉積在碳化硅上外延生長(zhǎng)的零碳層（也稱(chēng)為緩沖層）上制備一個(gè)原子厚度的電連續(xù)鉑層的可能性。使用 3-4 Å 的薄 Pt 層，金屬的電導(dǎo)率在與化學(xué)分析物相互作用時(shí)受到強(qiáng)烈調(diào)制，因?yàn)殡姾赊D(zhuǎn)移到 Pt 或從 Pt 轉(zhuǎn)移。與化學(xué)物質(zhì)的強(qiáng)相互作用以及材料的可擴(kuò)展性，使得能夠制造化學(xué)電阻裝置，用于以低于十億分之一 (ppb) 的檢測(cè)限對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行電子讀出。零碳層上原子級(jí)薄鉑形成的二維系統(tǒng)on SiC 開(kāi)辟了一條彈性和高靈敏度化學(xué)檢測(cè)的途徑，并且可以成為設(shè)計(jì)具有活性和選擇性的新型多相催化劑的途徑。