石墨烯氧化物协同修饰CuO纳米片复合材料用于乙酰丙酮气体传感的性能研究

研究人员针对工业安全监测需求，开发了水浴法协同GO修饰的CuO纳米片复合材料。该材料在175°C下对100 ppm乙酰丙酮响应值达39.29，响应/恢复时间仅24/38秒，并展现优异选择性。通过第一性原理计算揭示了GO增强载流子传输和氧空位(Ov)的作用机制，为VOC检测提供了新策略。

　　

乙酰丙酮作为重要的工业溶剂，其高挥发性和毒性对生产安全构成威胁。传统检测方法存在响应慢、选择性差等问题，而金属氧化物传感器虽成本低廉却灵敏度不足。渤海大学海洋研究院的研究人员创新性地将石墨烯氧化物(GO)与氧化铜(CuO)复合，通过水浴处理调控材料特性，成功开发出高性能乙酰丙酮气体传感器，相关成果发表于《Materials Science in Semiconductor Processing》。

研究采用水热合成结合水浴处理的制备技术，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构，利用第一性原理计算分析电子能带结构，并构建气敏测试系统评估性能。

【结构表征】XRD证实成功合成单斜晶系CuO/GO复合材料，XPS显示GO引入使氧空位浓度提升47.6%，为气体吸附提供更多活性位点。
【气敏性能】CuO/GO-0.4(70°C)对100 ppm乙酰丙酮响应值达39.29，是纯CuO的16倍，且可在5 ppm低浓度下保持8.21的响应值。
【机制研究】理论计算表明GO的引入使CuO费米能级附近出现新电子态，电荷转移效率提升，同时氧空位缺陷促进气体分子解离吸附。

该研究不仅首次实现CuO/GO材料对乙酰丙酮的高效检测，其提出的"GO修饰-水浴处理"协同策略为设计新型气敏材料提供普适性方法。材料在28天内保持稳定性，响应速度超越多数报道的金属氧化物传感器，对工业环境安全监测具有重要应用价值。研究还发现GO的二维结构能有效抑制CuO纳米片团聚，这一发现可拓展至其他复合材料体系的设计。