在化工、农业、医药等众多行业中，肼（N₂H₄）作为一种关键的精细化工中间体，同时还被用作火箭推进剂和爆炸物，应用十分广泛。但肼具有强毒性，哪怕是短期接触，也可能引发头晕、恶心、呕吐等中枢神经系统紊乱症状，长期吸入更是会对肝肾造成不可逆损伤，甚至增加致癌风险。因此，开发快速、高响应的肼气检测技术，对于保障人体健康和环境安全至关重要。
郑州大学王宇团队在《Sensors and Actuators: B. Chemical》上发表了一项关于rGO/ZnO复合气体传感器的研究。该研究通过将片状还原氧化石墨烯（rGO）嵌入ZnO空心球中，成功制备出对肼（N₂H₄）具有高响应、快速恢复性能的气体传感器。最优样品在180°C下对50 ppm N₂H₄的响应值达81，响应/恢复时间仅为21秒/95秒，检测限低至0.1 ppm，并具备优异的重复性与长期稳定性。
✅ 结构创新：采用“rGO嵌入ZnO空心球”的复合结构，形成三维多孔网络，提升气体扩散与电子传输效率。
✅ 性能卓越：响应值高达81（50 ppm, 180°C），响应/恢复时间大幅缩短至21秒/95秒。
✅ 高选择性：对N₂H₄表现出显著高于其他VOCs的响应，选择性系数达6。
✅ 稳定可靠：在30天长期测试与多次循环中保持响应稳定，湿度适应性良好。
采用简单的两步共沉淀法结合煅烧工艺：首先将氧化石墨烯（GO）超声分散在去离子水中，加入硝酸锌、柠檬酸钾和尿素，搅拌均匀后经过 100℃和 110℃两阶段热处理，离心洗涤后在 500℃下煅烧 1 小时，得到不同 rGO 含量的 rGO/ZnO-x 复合材料（x=1,2,3,4，对应 GO 与 ZnO 理论质量比为 1:32 至 4:32）。
Schematic illustration of the formation process for rGO/ZnO-x sample.
1. 工作温度优化
传感器响应随温度升高先增后减，在 180℃达到峰值，此温度下电荷载流子迁移率与气体吸附 - 反应平衡达到最佳状态。
2. 浓度响应特性
在 0.1-100 ppm 肼气浓度范围内，rGO/ZnO-3 的响应值随浓度单调递增，拟合曲线的 R²=0.999，可实现肼气浓度的精准定量分析。即使在 0.1 ppm 低浓度下，响应值仍达 2.1，展现出优异的痕量检测能力。
3. 动态响应曲线
rGO/ZnO-3 对肼气的吸附 - 脱附过程快速且可逆，循环测试中曲线形状一致，基线恢复迅速，表明其具有良好的重复性。
(a) Response values of pristine ZnO and rGO/ZnO-x sensor towards 50 N2H4 at different working temperatures, (b) the initial resistance (Ra) values of pristine ZnO and rGO/ZnO-x sensors in air at different working temperatures, (c) dynamic response curves of pristine ZnO and rGO/ZnO-x sensors for 0.1–100 ppm N2H4 at 180℃, and (d) fitting curve of response values versus N2H4 concentrations for rGO/ZnO-3 sensor at 180℃.
(a) Response-recovery curves of ZnO sensors to 50 N2H4 at 180℃, (b) Response-recovery curves of ZnO sensors to 50 N2H4 at 180℃, (c) responses of ZnO and rGO/ZnO-x sensors to different target gases (50 ppm) at 180℃, (d) reproducibility of rGO/ZnO-3 sensor on successive exposure (6 cycles), (e) long-term stability of rGO/ZnO-3 sensor to 50 N2H4 at 180℃, and (f) Responses to 50 N2H4 under different humidity.
结构效应：3D 多孔层级结构增大了比表面积，提供丰富的气体吸附活性位点；优化的孔隙通道加速了肼气的扩散与脱附，缩短响应 / 恢复时间。
电子效应：ZnO（工作函数 4.22 eV）与 rGO（工作函数 4.8 eV）形成异质结，电子从 ZnO 转移至 rGO，形成电子耗尽层，增大初始电阻；当接触肼气时，肼气与化学吸附氧（O⁻、O₂⁻）发生反应，释放电子回 ZnO 导带，使耗尽层宽度减小，电阻显著降低，实现高响应信号。
氧空位作用：rGO 的引入促进了 ZnO 中氧空位的形成，氧空位作为活性位点增强了气体吸附与反应活性，同时提升电荷载流子传输效率。
Schematic diagram of the sensing mechanism of rGO/ZnO-x sensor to N2H4.
工业安全监测：用于化工生产、肼气存储和运输过程中的泄漏预警，保障生产安全。
环境检测：实现大气、水体中痕量肼气的监测，防范环境污染。
国防与航天：应用于火箭推进剂相关场景的安全检测，保障航天任务顺利开展。
医疗与公共卫生：用于工作环境肼气暴露的职业健康监测，保护从业人员身体健康。
王宇，研究方向为无机功能材料的可控制备及应用研究，主要涉及无机功能材料的合成、表征与生长机理研究和无机功能材料在发光、锂电、及气敏方面的应用。主持省科技厅、教育厅项目、省留学科研资助、省博士后二等资助各一项，横向课题三项；参与国家自然科学基金面上项目三项，发表SCI论文10余篇。
Yiqi Tang, Gongcheng Xu, Xu Zhang, Peicheng Cai, Dingning Mo, Qiuna Zhang, Ying Zhou, Xinghui Hou, Yu Wang, Flake-like reduced graphene oxide embedded in ZnO hollow spheres: Toward high-response and rapid-recovery N₂H₄ Sensors, Sensors & Actuators: B. Chemical 453 (2026) 139370
https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.139370
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