Ultrasensitive, Transparent, Flexible, and Ecofriendly NO2 Gas Sensors Enabled by Oxidized Single-Walled Carbon Nanotube Bundles on Cellulose with Engineered Surface Roughness

碳纳米管 纤维素 材料科学 纳米技术 纳米纤维素 吸附 拉曼光谱 表面改性 化学工程 化学 有机化学 光学 物理 工程类
作者
Jiyeon Hur,Sanghyun Park,Jung Hoon Kim,Joon Young Cho,Bitnuri Kwon,Jung Hun Lee,Geun Yeol Bae,Hyungsup Kim,Joong Tark Han,Wi Hyoung Lee
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (10): 3227-3235 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c07559
摘要

Cellulose has attracted much attention as an ecofriendly support layer for flexible gas sensors. Here, an ultrasensitive, fully transparent, flexible gas sensor was developed using spray-coated oxidized single-walled carbon nanotube (Oxy-SWCNT) bundles on a cellulose support. Rational oxygen functionalization of the outer SWCNTs in bundles has versatile advantages, such as solution processability and selective adsorption of target gas, while the inner SWCNTs in the sheath–core structure enable an efficient channel for charge transport. Measurement of the Raman spectra under gas adsorption revealed the sensing mechanism of Oxy-SWCNTs depending on the type of gas molecules (i.e., NO2 and NH3). Compared to the silicon-based Oxy-SWCNT sensor, the cellulose-supported sensor showed an enhanced NO2 response with an excellent cross-sensitivity to other gases, mainly due to the polar glycosidic linkages in cellulose. Engineering the surface roughness of the supporting cellulose with halloysite nanotubes further enhanced the NO2 response, exhibiting an ultralow detection limit of 0.43 ppb. The ultrasensitive and ecofriendly cellulose-based gas sensor with transparency and flexibility could be an alternative to the high-temperature operating inorganic gas sensor for wearable sensing elements.
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