硼與碳—坐標上的鄰居，戰略上的伙伴

材料牛注：你是否曾經想象擁有一個超靈敏的檢測器，時時監測周圍環境中的有毒氣體，使自己時刻處在安全地帶？硼與石墨烯的結合，為這一童真而又美好的愿望帶來了曙光。

工業生產過程中會排放大量的有毒氣體，嚴重危害自然環境。石墨烯在檢測這些有毒氣體方面“十分在行”。最新研究表明，將硼元素摻雜到高質量的石墨烯薄片中，其靈敏性會大大提高：摻雜硼的石墨烯與原始石墨烯相比，檢測NO2的靈敏度提高26倍，檢測NH3的靈敏度提高104倍。

基于這種原理驗證實驗的超靈敏氣體檢測器能夠監測環境健康和安全。經摻雜的石墨烯片擁有著良好的電子和磁學性質，因此也可以用在場效應的晶體管，儲氫設備及鋰離子電池上。

理論預測表明，如果將摻雜物嵌入石墨烯的單原子層結構中，其對有毒氣體的靈敏性會大大提高。以前科學家做了眾多實驗，均未能成功制備出高質量的硼摻雜的石墨烯。通過本課題，研究人員首次將硼原子嵌入到石墨烯的六邊形陣列中，可觀察到1厘米寬，高度有序性的硼摻雜石墨烯片。雜質原子在晶格層面對石墨烯進行摻雜。這種缺陷改變了氣體分子與石墨烯化學反應的方式，電子特性隨之改變。

納米材料科學技術中心是一個設于橡樹嶺國家實驗室，供科學用戶使用的能源部辦公處。為了探究硼摻雜對石墨烯性能在原子層面的改變，研究人員赴此地尋求先進的儀器和技術，利用低壓電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡進行了深入研究。結果顯示，摻雜硼能大大提高石墨烯對氣體的靈敏度。其對NO2的檢測限低至十億分率（1ppb），對NH3的檢測限也可達到百萬分率(1ppm)。

參考原文鏈接：Boron boosts graphene's sensitivity to noxious gases

文獻鏈接：Ultrasensitive gas detection of large-area boron-doped graphene

本文由編輯部王旗提供素材，王思迪編譯， 點我加入材料人編輯部。

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