양자기능 반도체 연구센터 (1345259519) / 2017 / 이공학학술연구기반구축 / 김득영 / 동국대학교 / 교육부 / 624,900,000
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국가R&D연구논문Efficient exfoliation of g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub> and NO<sub>2</sub> sensing behavior of graphene/g-C<sub>3</sub>N<sub>4</sub> nanocomposite
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2017
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SCI,SCIE,SCOPUS
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학술저널
수록면
940-948(9쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>In this work, graphitic carbon nitride (g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB>) nanosheets were prepared and employed to improve the gas sensitivity performance of graphene. g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> nanosheets (NS-CN) were exfoliated from bulk powder using a proton-enhanced liquid-phase exfoliation method, where the co-ordinate bonds between nitrogen of g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> and proton H<SUP>+</SUP> of HCl benefit the swelling of bulk and improve the delamination process. The thickness and size of the exfoliated nanosheets were about ∼4nm and 1–2μm, respectively. A slight increment of the bandgap of g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> was observed after exfoliation. It was found that the proton functionalization of g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> powder before exfoliation facilitates the production of uniform nanosheets. A certain amount ranging from 0% to 90% of as-prepared g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> was added to a graphene solution and ultrasonically mixed to prepare a graphene/g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> nanocomposite (G/NS-CN). The performances of pure graphene-based and nanocomposite-based sensors in sensing NO<SUB>2</SUB> gas were systematically investigated and compared. We found compositing g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> with graphene significantly enhanced the sensing performance of the graphene sensor. A trade-off effect on sensing response was observed as the weight ratio of NS-CN to graphene in the nanocomposite sensor was changed, suggesting the specific roles of g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> and graphene in sensing behavior. It was found that the nanocomposite sensor with 15wt% of NS-CN exhibited the best sensing response. The sensor in this optimized composition presented a linear and stable response as well as good recovery toward NO<SUB>2</SUB> gas. The sensing mechanism of the nanocomposite sensor was also proposed.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> The protonation treatment facilitates the production of g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> nanosheets with uniform size. </LI> <LI> g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> nanosheets were employed to improve the gas sensing properties of graphene. </LI> <LI> Optimal composite sensor containing 15% of g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> exhibited the best sensing performance. </LI> <LI> g-C<SUB>3</SUB>N<SUB>4</SUB> nanosheets play as an active adsorption site and graphene provides a charge pathway. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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