1、日益嚴重的室內(nèi)外空氣污染問題促使人們越來越重視空氣質(zhì)量問題，并由此帶動了智慧城市、智慧家庭、智慧手機和可穿戴設備等消費類氣敏傳感器市場的蓬勃發(fā)展。室溫電阻式半導體氣體傳感器因制備工藝簡單、易工藝整合、成本低廉、用量少、應用范圍廣、節(jié)能、安全等優(yōu)點而備受關(guān)注，非常符合未來氣體傳感器的發(fā)展方向。石墨烯材料是室溫氣敏材料的一個重要分支，其超大的比表面積，高度暴露的表面原子，以及室溫下高電導率為室溫氣敏探測提供了條件。雖然石墨烯已經(jīng)被證明在超高

2、真空條件下具有驚人的單 NO2分子探測能力，但是，石墨烯類室溫氣敏材料所普遍存在氣敏響應度不高，響應恢復時間過長、穩(wěn)定性差等問題依然有待解決。因此，本文制備了表面具有大量反應活性位的石墨烯納米網(wǎng)（GNM）材料，并通過調(diào)控其表面結(jié)構(gòu)，形貌結(jié)構(gòu)，以及貴金屬修飾等手段，最終獲得具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，高響應度、靈敏度、選擇性，以及快速響應恢復速率的綜合性能優(yōu)異的三維石墨烯納米網(wǎng)室溫氣敏材料。詳細分析了表面反應活性位類型，形貌結(jié)構(gòu)，及 Pt量子點修飾

3、與材料氣敏性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，具體闡述了Pt QDs-3D HrGNM材料的氣敏機理，以便為其他室溫氣敏材料，特別是碳基室溫氣敏材料的研制提供參考。
　　首先，采用經(jīng)過改進的高效 Photo-Fenton法制備了石墨烯納米網(wǎng)，并通過控制反應時間方便地進行了納米孔徑尺寸和表面結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，所得材料表面具有大量邊緣缺陷位和含氧官能團，為氣體吸附提供了豐富的表面活性位。Fenton反應的主要產(chǎn)物羥基自由基（HO?）所具備的親電性和強氧化性的

4、雙重性質(zhì)是實現(xiàn)氧化石墨烯刻蝕的基礎。整個反應過程中同時存在著三種主要的反應，即HO?對GO中sp2碳域的親電加成反應，sp3氧化域的氧化反應，以及最終羧基的脫羧反應。這三種反應相互競爭，共同實現(xiàn)了GNM的納米孔徑和表面結(jié)構(gòu)調(diào)控，得到帶隙和功函數(shù)可調(diào)的GNM。
　　其次，采用水作為還原劑，通過常壓水熱反應對GNM進行了溫和可控還原，通過控制還原時間實現(xiàn)了rGNM的表面結(jié)構(gòu)和室溫電導的雙重調(diào)控。根據(jù)吸附能大小和載流子轉(zhuǎn)移方向，將rGN

5、M表面的反應活性位分為有利因素（C-H、sp3 C-C和C-O），中性因素（sp2 C=C）和不利因素（C=O，O=C-O）三類。結(jié)合rGNM表面結(jié)構(gòu)和氣敏性能分析發(fā)現(xiàn)，rGNM的 NO2室溫氣敏性能是室溫電導率與表面反應活性位種類和數(shù)量共同作用的結(jié)果，只有在它們達到最佳平衡時，才能取得最好的室溫氣敏性能。由于 rGNM的多孔特性，邊緣缺陷位（C-H）在氣敏性能中貢獻卓著，相近氧含量下，rGNM的氣敏響應度和靈敏度遠高于rGO。當NO2

6、氣體濃度低至0.5 ppm時，rGO沒有任何響應，而此時rGNM依然有28％的響應值。
　　再次，采用模版法制備了微米級的、具有3D空心結(jié)構(gòu)的rGNM（3D HrGNM）。通過2D材料的3D立體化處理，不僅有效阻止了納米片在還原過程中的復合情況，減少了比表面積損失，而且疏松立體的結(jié)構(gòu)還為氣體分子向材料內(nèi)部擴散提供了豐富寬敞的通道，從而大大提高了傳質(zhì)速率和材料的表面利用率。得益于氣體的快速傳質(zhì)和材料表面充足的吸附活性位，相比于HrG

7、NM，3D HrGNM的氣敏響應度明顯增高，特別是在高NO2濃度下，而且與NO2濃度呈線性關(guān)系；氣敏響應恢復速度也得到一定程度的提高。
　　最后，借助Pt量子點修飾，再一次大幅提高了了材料的氣敏響應度，對于10 ppm NO2，0.2% Pt QDs-3D HrGNM的NO2響應值達到8.3，約為3D HrGNM的3.5倍。電學性能測試證明，Pt量子點修飾對3D HrGNM具有n型摻雜作用，并通過三個方面提升材料的氣敏響應度：增加

8、材料體系的比表面積和吸附活性位（自身表面位及界面位）；降低材料體系的初始電導 G0；作為電子庫直接或間接地向吸附在表面的NO2分子提供大量電子以促進其化學吸附，大幅提升載流子轉(zhuǎn)移數(shù)量和相應的電導值Gg。因為NO2與Pt量子點之間的結(jié)合能低于邊緣位和缺陷位的，因此材料的恢復性能也有所提高。為了進一步提高氣敏恢復性能，在恢復過程中輔之以紫外光輻射，0.2% Pt QDs-3D HrGNM在30 min左右即可完成恢復。特定氣氛下的光電性能測