硼与碳—坐标上的邻居，战略上的伙伴

材料牛注：你是否曾经想象拥有一个超灵敏的检测器，时时监测周围环境中的有毒气体，使自己时刻处在安全地带？硼与石墨烯的结合，为这一童真而又美好的愿望带来了曙光。

工业生产过程中会排放大量的有毒气体，严重危害自然环境。石墨烯在检测这些有毒气体方面“十分在行”。最新研究表明，将硼元素掺杂到高质量的石墨烯薄片中，其灵敏性会大大提高：掺杂硼的石墨烯与原始石墨烯相比，检测NO2的灵敏度提高26倍，检测NH3的灵敏度提高104倍。

基于这种原理验证实验的超灵敏气体检测器能够监测环境健康和安全。经掺杂的石墨烯片拥有着良好的电子和磁学性质，因此也可以用在场效应的晶体管，储氢设备及锂离子电池上。

理论预测表明，如果将掺杂物嵌入石墨烯的单原子层结构中，其对有毒气体的灵敏性会大大提高。以前科学家做了众多实验，均未能成功制备出高质量的硼掺杂的石墨烯。通过本课题，研究人员首次将硼原子嵌入到石墨烯的六边形阵列中，可观察到1厘米宽，高度有序性的硼掺杂石墨烯片。杂质原子在晶格层面对石墨烯进行掺杂。这种缺陷改变了气体分子与石墨烯化学反应的方式，电子特性随之改变。

纳米材料科学技术中心是一个设于橡树岭国家实验室，供科学用户使用的能源部办公处。为了探究硼掺杂对石墨烯性能在原子层面的改变，研究人员赴此地寻求先进的仪器和技术，利用低压电子显微镜和扫描隧道显微镜进行了深入研究。结果显示，掺杂硼能大大提高石墨烯对气体的灵敏度。其对NO2的检测限低至十亿分率（1ppb），对NH3的检测限也可达到百万分率(1ppm)。

参考原文链接：Boron boosts graphene's sensitivity to noxious gases

文献链接：Ultrasensitive gas detection of large-area boron-doped graphene

本文由编辑部王旗提供素材，王思迪编译， 点我加入材料人编辑部。

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