【摘 要】
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二维材料由于具有优异物理化学特性受到了人们广泛关注。其中,黑磷（BP）作为新兴导电二维材料,因具有独特的褶皱晶格结构和较高的气体吸附能,在传感领域受到了广泛关注。但是,目前报道的BP基气体传感器仍存在灵敏度低、环境稳定性差、选择性有限等问题。本研究通过自组装、自聚合等手段对BP纳米片进行表面修饰,有效改善了其环境稳定性并显著提高了其气体传感性能。主要研究内容如下:（1）通过自组装技术,对液相剥离的
【基金项目】
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国家自然科学基金（51702084）； 河北省自然科学基金（E2018202179，E2021202019和C2021202002）；
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二维材料由于具有优异物理化学特性受到了人们广泛关注。其中,黑磷（BP）作为新兴导电二维材料,因具有独特的褶皱晶格结构和较高的气体吸附能,在传感领域受到了广泛关注。但是,目前报道的BP基气体传感器仍存在灵敏度低、环境稳定性差、选择性有限等问题。本研究通过自组装、自聚合等手段对BP纳米片进行表面修饰,有效改善了其环境稳定性并显著提高了其气体传感性能。主要研究内容如下:（1）通过自组装技术,对液相剥离的BP纳米片进行化学修饰。利用氟硅烷水解获得活泼性硅醇与BP纳米片表面的含氧基团进行键合得到氟硅烷修饰BP（F-BP）。通过调节硅烷化反应时间,调控F-BP的表面亲疏水性能,从而改善其化学稳定性和气体传感性能。研究表明,F-BP在溶液分散体系中以及成膜后的化学稳定性显著高于原始BP。同时,基于F-BP的气体传感器表现出了优异的综合传感性能,如较高的灵敏度（2358%）,低检测限（40 ppb）,良好的选择性和柔性。同时,该传感器可在含氧、潮湿环境中长时间正常工作,并在相对湿度5%-95%变化范围内,对NO2传感响应保持稳定。（2）采用自聚合方法在BP纳米片表面包覆聚多巴胺（PDA）。PDA中含有大量的羟基和氨基,能够与多种气体分子形成氢键,从而有效提高BP的气体传感性能。研究表明PDA修饰的BP对NO2具有优异的传感特性,包括高灵敏度（4000%）,低检测限（20 ppb）、宽传感范围（20 ppb-8 ppm）、快速的传感响应/恢复（41 s/101 s）以及良好的循环稳定性。同时,该PDA包覆层还可作为表面介层,进一步接枝其他有机小分子（如硅烷偶联剂）或贵金属纳米颗粒（如Pt或Cu）,实现对材料表面性质和传感性能的进一步调控。基于以上研究,我们制备了包含5种不同类型的PDA-BP传感器的传感阵列,结合主成分分析法实现了对多种气体的高效识别。
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