氨（NH3）既是重要的工业原料，也是一种有害气体，因其在环境监测、工业安全和医学诊断中的关键作用而备受关注。在室温下，暴露于浓度超过 25 ppm 的 NH3环境中会对健康构成严重威胁，包括刺激眼睛、皮肤和呼吸系统，严重时甚至可能导致肺水肿或窒息。除了工业应用外，NH3也是一种重要的生理生物标志物。作为与氨基酸和蛋白质代谢相关的关键产物，呼出气中的 NH3反映了人体内的生化过程，已成为一种极具潜力的非侵入性疾病诊断指标。肺部感染是呼吸系统最常见的感染性疾病，由细菌、病毒、真菌或非典型病原体入侵引起，表现为肺实质或肺间质的急性炎症。它仍然是一项重大的公共卫生挑战，尤其是在儿童、老年人和免疫功能低下者等易感人群中。早期准确的诊断对于改善临床预后至关重要。然而，传统的诊断技术（如胸部 X 光检查和微生物培养）存在辐射暴露、结果滞后和灵敏度不足等局限性。相比之下，呼出气分析为疾病筛查提供了一种非侵入性、快速且经济高效的替代方案。值得注意的是，研究发现肺炎患者的呼出气中 NH3水平升高，这源于呼吸道内的微生物代谢和炎症过程，从而使 NH3成为一种潜在的诊断生物标志物。

迄今为止，人们已探索了多种用于 NH3检测的材料。传统的金属氧化物半导体（如 SnO2 和 WO3）具有高灵敏度和高稳定性，但其高工作温度导致能耗巨大且选择性较差。金属有机框架（MOFs）具有超高比表面积和可调孔隙结构，展现出优异的气体选择性，但其固有的低电导率和较差的水稳定性限制了实际应用。导电聚合物（如聚苯胺和聚吡咯）支持室温操作并易于制备柔性器件，但往往存在长期稳定性较差的问题。 碳纳米材料（包括石墨烯和碳纳米管）虽具有高导电性和大比表面积，但常受限于材料团聚及固有选择性不足等问题。这些挑战凸显了开发兼具高灵敏度、快速响应、强选择性及室温下高稳定性的NH3传感材料的迫切需求。在此背景下，石墨相氮化碳（g-C3N5）作为一种极具潜力的室温气体传感材料备受关注。得益于其类石墨烯层状结构、可调控的电子特性以及高密度的氮活性位点，g-C3N5对NH3分子表现出极强的吸附亲和力。由sp2杂化形成的扩展π共轭骨架促进了电荷的高效传输与分离，而富氮表面则增强了材料与NH3等给电子气体之间的特异性相互作用。与g-C3N4相比，g-C3N5具有更窄的带隙、更宽的可见光吸收范围以及更高的氮含量，这些特性共同促进了电子转移。因此，它在开发高性能NH3传感器方面展现出广阔的应用前景。然而，块体g-C3N5仍存在比表面积低、层间电荷传输受阻以及活性位点暴露不足等固有缺陷，从而限制了其气体传感性能。为应对这些挑战，将材料剥离为超薄纳米片已被广泛视为一种提升表面可及性并优化电子特性的有效策略。

来源：传感器专家网