单原子薄铂制成出色的化学传感器

瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员与其他大学的同事一起发现了制备单原子薄铂用作化学传感器的可能性。该结果最近发表在科学杂志《先进材料界面》上。

沉积在碳“缓冲层”表面上的铂原子示意图，碳“缓冲层”是一种在碳化硅上外延生长的类石墨烯二维绝缘材料，可实现铂的二维生长。

“简而言之，我们设法制造了一个原子厚的金属层——一种新材料。我们发现这种原子薄的金属对其化学环境非常敏感。当它与气体相互作用时，它的电阻会发生显着变化” 查尔默斯微技术和纳米科学系量子器件物理实验室的博士后、文章的主要作者 Kyung Ho Kim 解释道。

研究的本质是开发石墨烯以外的二维材料。

“原子级薄的铂可用于对化学物质进行超灵敏和快速的电检测。我们已经非常详细地研究了铂的情况，但钯等其他金属也会产生类似的结果，”量子装置副教授塞缪尔·拉拉·阿维拉 (Samuel Lara Avila) 说物理实验室和文章的作者之一。

研究人员利用原子级薄铂敏感的化学电转导能力来检测十亿分之一的有毒气体。他们通过检测苯证明了这一点，苯是一种即使在非常低的浓度下也具有致癌性的化合物，并且没有低成本的检测设备。

“这种使用原子级薄金属的新方法对于未来的空气质量监测应用非常有前景，”林雪平大学应用传感器科学部门负责人、该论文的合著者 Jens Eriksson 说。

通过结合纳米结构材料作为有源传感元件来提高固态气体传感器的灵敏度可能会因对界面的影响而变得复杂。纳米颗粒、晶粒或触点处的界面可能会导致非线性电流-电压响应、高电阻，并最终导致限制传感器读数的电噪声。

这项工作报告了通过物理气相沉积在碳化硅上外延生长的零碳层（也称为缓冲层）上制备一个原子厚度的电连续铂层的可能性。使用 3-4 Å 的薄 Pt 层，金属的电导率在与化学分析物相互作用时受到强烈调制，因为电荷转移到 Pt 或从 Pt 转移。与化学物质的强相互作用以及材料的可扩展性，使得能够制造化学电阻装置，用于以低于十亿分之一 (ppb) 的检测限对化学物质进行电子读出。零碳层上原子级薄铂形成的二维系统on SiC 开辟了一条弹性和高灵敏度化学检测的途径，并且可以成为设计具有活性和选择性的新型多相催化剂的途径。

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