journal article·2026-03Open access

Ice‐Templated Undaria Pinnatifida Aerogel‐Derived Porous Carbon for Enhanced Room‐Temperature Hydrazine Sensing

Jialu Fang, Xinyi Mei, Jun Sun, Ping Hu, Yu Long, Wei Zheng, Haiming Duan, Zhaofeng Wu

Small· Volume 22· Issue 18

Abstract

ABSTRACT This study develops a high‐performance room‐temperature (RT) hydrazine (N 2 H 4 ) gas sensing material based on sustainable algal biomass. A porous carbon material (US‐1.5) was fabricated from Undaria pinnatifida and sodium alginate via ice‐templating and freeze‐drying, yielding a hierarchical meso/macroporous structure that facilitates gas diffusion. Natural heteroatoms enable in situ self‐doping, modulating electronic structure and surface reactivity. First‐principles calculations confirm S‐doping enhances adsorption energy and promotes charge transfer, creating more active sites for gas‐surface interactions. The resulting US‐1.5 sensing material demonstrates a high response of 22.53k% to 500 ppm N 2 H 4 , rapid response/recovery times (21.3 s/2.5 s), a low detection limit of 0.138 ppm, excellent selectivity, and cycling stability. It also shows humidity‐dependent dual‐mode sensing. This work pioneers algal aerogel‐derived sensing materials, demonstrating marine waste upcycling for green, cost‐effective gas sensing in environmental and industrial safety applications.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Gas Sensing Nanomaterials and Sensors · Solar-Powered Water Purification Methods · Surface Modification and Superhydrophobicity

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Xinjiang Key Laboratory of Solid‐State Physics and Devices Urumqi China

School of Materials Science and Engineering Xinjiang University Urumqi China

School of Physics Science and Technology Xinjiang University Urumqi China

References (69)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.microc.2024.11071310.1016/j.microc.2024.110713 ↗
2. 10.1002/smll.20240850010.1002/smll.202408500 ↗
3. 10.1016/j.snb.2022.13152910.1016/j.snb.2022.131529 ↗
4. 10.1016/j.inoche.2022.10949710.1016/j.inoche.2022.109497 ↗
5. 10.1016/j.sna.2020.11246010.1016/j.sna.2020.112460 ↗
6. 10.1016/j.cej.2025.16137310.1016/j.cej.2025.161373 ↗
7. 10.1002/adfm.20241891010.1002/adfm.202418910 ↗
8. 10.1002/adfm.20241898810.1002/adfm.202418988 ↗
9. 10.1002/adma.20241285810.1002/adma.202412858 ↗
10. 10.1002/adfm.20251506510.1002/adfm.202515065 ↗
11. 10.1002/smll.20240358310.1002/smll.202403583 ↗
12. 10.1002/adfm.20251351410.1002/adfm.202513514 ↗
13. 10.1021/acs.langmuir.4c0463010.1021/acs.langmuir.4c04630 ↗
14. 10.1039/d4ta09013f10.1039/d4ta09013f ↗
15. 10.1021/acsanm.2c0103310.1021/acsanm.2c01033 ↗
16. 10.1007/s13399‐022‐02924‐010.1007/s13399‐022‐02924‐0 ↗
17. 10.1016/j.jmst.2024.11.05110.1016/j.jmst.2024.11.051 ↗
18. 10.3389/fenrg.2019.0000710.3389/fenrg.2019.00007 ↗
19. 10.1016/j.anifeedsci.2024.11615410.1016/j.anifeedsci.2024.116154 ↗
20. 10.1016/j.snb.2025.13724610.1016/j.snb.2025.137246 ↗
21. 10.1016/j.cej.2024.15599010.1016/j.cej.2024.155990 ↗
22. 10.1021/acsaelm.0c0086410.1021/acsaelm.0c00864 ↗
23. 10.1039/c9nr07861d10.1039/c9nr07861d ↗
24. 10.1039/c5ra23123j10.1039/c5ra23123j ↗
25. 10.1021/acsnano.7b0829410.1021/acsnano.7b08294 ↗
26. 10.1021/jacs.4c1480810.1021/jacs.4c14808 ↗
27. 10.1016/j.carbon.2023.11829710.1016/j.carbon.2023.118297 ↗
28. 10.1038/s41586‐020‐1938‐010.1038/s41586‐020‐1938‐0 ↗
29. 10.1016/j.jhazmat.2024.13628910.1016/j.jhazmat.2024.136289 ↗
30. 10.3390/s2411353210.3390/s24113532 ↗
31. 10.1103/physrevb.54.1116910.1103/physrevb.54.11169 ↗
32. 10.1016/0927‐0256(96)00008‐010.1016/0927‐0256(96)00008‐0 ↗
33. 10.1016/j.jcis.2022.04.02210.1016/j.jcis.2022.04.022 ↗
34. 10.1016/j.biortech.2019.01.05410.1016/j.biortech.2019.01.054 ↗
35. 10.1016/j.cej.2023.14220310.1016/j.cej.2023.142203 ↗
36. 10.1016/j.biortech.2018.02.09410.1016/j.biortech.2018.02.094 ↗
37. 10.1016/j.biortech.2016.03.06610.1016/j.biortech.2016.03.066 ↗
38. 10.1016/j.jmrt.2024.01.26510.1016/j.jmrt.2024.01.265 ↗
39. 10.1039/d5ta03334a10.1039/d5ta03334a ↗
40. 10.1016/j.matdes.2019.10804810.1016/j.matdes.2019.108048 ↗
41. 10.1016/j.jallcom.2020.15366610.1016/j.jallcom.2020.153666 ↗
42. 10.1002/anie.20250129010.1002/anie.202501290 ↗
43. 10.1002/smll.20180282410.1002/smll.201802824 ↗
44. 10.1021/acsami.5c0117910.1021/acsami.5c01179 ↗
45. 10.1016/j.biombioe.2022.10642410.1016/j.biombioe.2022.106424 ↗
46. 10.1016/j.snb.2016.06.08710.1016/j.snb.2016.06.087 ↗
47. 10.1039/d2ta02670h10.1039/d2ta02670h ↗
48. 10.1002/sia.290410.1002/sia.2904 ↗
49. 10.1039/d3ce00738c10.1039/d3ce00738c ↗
50. 10.1016/j.seppur.2023.12427510.1016/j.seppur.2023.124275 ↗
51. 10.1021/acsomega.9b0367410.1021/acsomega.9b03674 ↗
52. 10.1021/nn203393d10.1021/nn203393d ↗
53. 10.1016/j.snb.2012.06.04010.1016/j.snb.2012.06.040 ↗
54. 10.1016/j.cej.2023.14668710.1016/j.cej.2023.146687 ↗
55. 10.1016/j.snb.2024.13663210.1016/j.snb.2024.136632 ↗
56. 10.1039/c3cp51663f10.1039/c3cp51663f ↗
57. 10.1149/1.339189910.1149/1.3391899 ↗
58. 10.1039/c3ta12938a10.1039/c3ta12938a ↗
59. 10.1016/j.cej.2024.14876110.1016/j.cej.2024.148761 ↗
60. 10.1016/j.snb.2023.13368410.1016/j.snb.2023.133684 ↗
61. 10.1016/j.mtchem.2024.10249910.1016/j.mtchem.2024.102499 ↗
62. 10.1016/j.compositesb.2025.11308510.1016/j.compositesb.2025.113085 ↗
63. 10.1016/j.snb.2023.13493910.1016/j.snb.2023.134939 ↗
64. 10.1016/j.snb.2007.07.03610.1016/j.snb.2007.07.036 ↗
65. 10.1016/j.apsusc.2017.07.01710.1016/j.apsusc.2017.07.017 ↗
66. 10.1016/j.snb.2023.13513610.1016/j.snb.2023.135136 ↗
67. 10.1002/inf2.1263410.1002/inf2.12634 ↗
68. 10.1016/j.surfin.2025.10644810.1016/j.surfin.2025.106448 ↗
69. 10.1016/j.mseb.2024.11794010.1016/j.mseb.2024.117940 ↗