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成果简介
本文，新疆大学张军 、段海明教授等在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“A dog nose-inspired high-performance NH3 gas sensor of biomass carbon materials with a pleated structure derived from rose tea”的论文，研究受玫瑰花瓣褶皱结构与狗上颌鼻甲褶皱结构相似性的启发，以玫瑰花瓣为原料，通过直接碳化成功制备出具有褶皱结构的多孔生物质碳材料。详细的SEM和TEM表征表明，碳化玫瑰茶（CRT）在600°C下表现出与狗的上颌鼻甲非常相似的模拟结构。
根据基于第一性原理计算的密度泛函理论，在制备的阴极射线管材料中检测到了微量K元素，有效地提高了阴极射线管材料对NH3的吸附能力。因此，CRT传感器对500 ppm NH3显示出超高响应（60.16k%），理论检测限仅为4.82 ppb，此外还显示出快速恢复（2.0s）、优异的重复性和长期稳定性。此外，还分析了阴极射线管褶皱结构中纳米孔的形成和NH3的传感机理。本研究通过一种简单、廉价、高效的方法，直接利用生物质结构和狗鼻结构之间的相似性，为制备具有仿生结构的高性能气体传感器提供了一种新的策略。
图文导读
图1、 (a) CRT的示意图、(b) XRD光谱、(c 和 d) 拉曼光谱和 (e) ORT和CRT的FTIR光谱。
图2、 (a-c) CRT的SEM和 (d-g) TEM图像，(h) 玫瑰花瓣的结构组成和CRT在高温下可能形成的孔洞的过程。
图3、 (a) CRT 的 SEM 图像和 C、O、K的相应EDS元素映射。(b) 测量XPS光谱，(c) C1s、(d) O1s、(e) K2p 的高分辨率 XPS 光谱(f) CRT中OC的相对百分比含量。
图4、 (a) CRT对500 ppm NH3、1000 ppm CH2O、H2O2、C2H6O、C3H9N、C6H6O、C6H7N、的感应曲线C2H4O2、C6H15N、C3H6O、50 ppm O3和85% RH 在室温下。(b) 平均响应、(c) 响应时间和 (d) CRT 3个循环目标分析物的恢复时间。
图5、 （a-c）羊肉在环境温度（25°C）下分别储存 6、12 和 24 小时的响应曲线，和（d）相应的折线图。
图 6、 (a)具有仿生结构的CRT的表面和内部结构，(b) NH 3分子与CRT的相互作用，(c) CRT对NH3的检测机理。
小结
受玫瑰花瓣褶皱结构与狗上颌鼻甲相似性的启发，以玫瑰花瓣为原料，采用简单、环保的碳化方法成功制备了具有褶皱结构的多孔CRT。利用rose中的K元素实现了K掺杂，根据第一性原理计算，有效地提高了CRT对NH3的吸附能力。CRT对NH3具有高灵敏度、高选择性、快速回收、稳定性好以及重复性好等特点。CRT传感器也成功地用于检测羊肉的新鲜度。分析了阴极射线管对NH3的传感机理，指出仿生结构、K掺杂和小相对分子量的结合在NH3检测中起到协同增敏作用。该研究为直接利用生物量结构与犬鼻结构的相似性，以低成本、简单、绿色的方法制备仿生传感材料提供了一种新的策略。
文献：
https://doi.org/10.1039/D2TA02670H
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