成果簡介
本文，新疆大學張軍 、段海明教授等在《J. Mater. Chem. A》期刊發表名為「A dog nose-inspired high-performance NH3 gas sensor of biomass carbon materials with a pleated structure derived from rose tea」的論文，研究受玫瑰花瓣褶皺結構與狗上頜鼻甲褶皺結構相似性的啟發，以玫瑰花瓣為原料，通過直接碳化成功製備出具有褶皺結構的多孔生物質碳材料。詳細的SEM和TEM表徵表明，碳化玫瑰茶（CRT）在600°C下表現出與狗的上頜鼻甲非常相似的模擬結構。
根據基於第一性原理計算的密度泛函理論，在製備的陰極射線管材料中檢測到了微量K元素，有效地提高了陰極射線管材料對NH3的吸附能力。因此，CRT感測器對500 ppm NH3顯示出超高響應（60.16k%），理論檢測限僅為4.82 ppb，此外還顯示出快速恢復（2.0s）、優異的重複性和長期穩定性。此外，還分析了陰極射線管褶皺結構中納米孔的形成和NH3的感測機理。本研究通過一種簡單、廉價、高效的方法，直接利用生物質結構和狗鼻結構之間的相似性，為製備具有仿生結構的高性能氣體感測器提供了一種新的策略。
圖文導讀
圖1、 (a) CRT的示意圖、(b) XRD光譜、(c 和 d) 拉曼光譜和 (e) ORT和CRT的FTIR光譜。
圖2、 (a-c) CRT的SEM和 (d-g) TEM圖像，(h) 玫瑰花瓣的結構組成和CRT在高溫下可能形成的孔洞的過程。
圖3、 (a) CRT 的 SEM 圖像和 C、O、K的相應EDS元素映射。(b) 測量XPS光譜，(c) C1s、(d) O1s、(e) K2p 的高解析度 XPS 光譜(f) CRT中OC的相對百分比含量。
圖4、 (a) CRT對500 ppm NH3、1000 ppm CH2O、H2O2、C2H6O、C3H9N、C6H6O、C6H7N、的感應曲線C2H4O2、C6H15N、C3H6O、50 ppm O3和85% RH 在室溫下。(b) 平均響應、(c) 響應時間和 (d) CRT 3個循環目標分析物的恢復時間。
圖5、 （a-c）羊肉在環境溫度（25°C）下分別儲存 6、12 和 24 小時的響應曲線，和（d）相應的折線圖。
圖 6、 (a)具有仿生結構的CRT的表面和內部結構，(b) NH 3分子與CRT的相互作用，(c) CRT對NH3的檢測機理。
小結
受玫瑰花瓣褶皺結構與狗上頜鼻甲相似性的啟發，以玫瑰花瓣為原料，採用簡單、環保的碳化方法成功製備了具有褶皺結構的多孔CRT。利用rose中的K元素實現了K摻雜，根據第一性原理計算，有效地提高了CRT對NH3的吸附能力。CRT對NH3具有高靈敏度、高選擇性、快速回收、穩定性好以及重複性好等特點。CRT感測器也成功地用於檢測羊肉的新鮮度。分析了陰極射線管對NH3的感測機理，指出仿生結構、K摻雜和小相對分子量的結合在NH3檢測中起到協同增敏作用。該研究為直接利用生物量結構與犬鼻結構的相似性，以低成本、簡單、綠色的方法製備仿生感測材料提供了一種新的策略。
文獻：
https://doi.org/10.1039/D2TA02670H
