近日，生物质化学工程与机能材料团队在零维鸟嘌呤纳米粒子与二维纳米片异质结构在传感领域的创新应用取得进展，相关研究成果以“Construction of 0D guanine nanospheres/2D vermiculite nanosheets heterostructures in confined space towards humidity sensing and proton migrations”为题发表在Sensors and Actuators B: Chemical（中科院一区Top期刊，IF=8.4），论文第一作者为2022级硕士生赵澜，论文通讯作者为唐丽荣副教授与吕建华博士，作者单位、通讯作者单位为福建农林大学、中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室及江苏省生物质能源与材料重点实验室。

近年来，由零维（0D）纳米粒子与二维（2D）纳米片组成的异质结构在传感领域受到了广泛关注。这些结构结合了纳米粒子的独特性质以及纳米片的大比表面积和优异的传输特性，为开发高性能传感器提供了新的机遇。鸟嘌呤，作为一种具有丰富氢键供体和受体的分子，其出色的功能特性使其在传感器领域具有巨大的应用潜力。本论文创新地提出以蛭石纳米片（VMT）作为二维基底，利用其限域空间均匀生长鸟嘌呤纳米颗粒（GN），形成了一种新型的异质结构。这些鸟嘌呤纳米颗粒的质子化胺基质作为增强的活性位点，显著提高了传感器的性能。

在上述研究的突破性进展中，庚二酸（HA）的引入起到了至关重要的作用。作为一种高效的交联剂，庚二酸不仅显著增强了GN/VMT结构的稳定性，而且极大促进了质子在纳米颗粒与纳米片之间的传输。其所增强的质子有效传输是传感器性能的核心要素，直接关联到传感器对湿度变化的响应速度和敏感度。庚二酸在异质结构中进行高效的质子传输网络的搭建，确保了质子在纳米粒子与纳米片之间能够迅速且顺畅地流动。这使得基于GN/VMT-HA材料在25℃条件下展现出卓越的质子迁移率（0.750 mS/cm）。这一特性不仅提升了传感器的响应速度（25s /7s），并显著增强其敏感度（30.20 Hz/%RH），使其能够精确捕捉湿度的细微变化。这一重大进展为湿度传感领域的发展指明了新的方向，预示着质子传输在未来传感技术中可能将占据重要地位。

本研究得到国家自然科学基金项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135702