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浙江大学陈星:基于电纺半导体金属氧化物的化学电阻式气体传感器的研究进展

2022-06-17   易丝帮

半导体金属氧化物(SMO)气体传感器在检测环境污染以及易燃、易爆和有毒气体的意外泄漏方面引起了广泛的关注。众所周知,SMOs对各种气体具有高灵敏度、快速响应时间和出色的选择性。目前已经实施了许多新策略来完善这些特性。在多种不同方法生产的材料中,静电纺丝法合成的纳米材料(NMs)具有前所未有的优势,包括催化剂引入、形态控制、热力学稳定性、独特的物理化学性质、成分调整以及NMs的快速吸附-解吸速率等,是用于设计高灵敏度和高选择性气体传感器的理想选择。本综述重点介绍了用于检测包括氢气(H2)、甲烷(CH4)、一氧化氮(NO)、硫化氢(H2S)、氨(NH3)、乙醇(C2H5OH)、丙酮(CH3COCH3)、甲醛(HCHO)和甲苯(C6H5CH3)在内等各种气体的电纺气体传感器设计与制造方面的最新发现。研究表明,具有不同形状(例如纳米管、纳米线、纳米花、纳米片、纳米棒、纳米膜和纳米纤维)和成分(单相SMOs、改性SMOs、SMOs纳米复合材料以及与碳纳米材料结合的SMOs)的NMs显示出对多种气体的高响应值、长期稳定性、低湿度依赖性、快速响应/恢复时间和低检测限。最后,作者对基于静电纺丝技术的气体传感器进行了总结和展望。

 

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图1.基于静电纺丝的不同SMO气体传感器。

 

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图2.CuO传感机制示意图:在H2S和空气气氛中的响应和恢复过程。

 

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图3.(a)用WO3修饰金属有机框架。(b)去铁铁蛋白作为封装贵金属纳米粒子的模板。(c)静电纺丝过程中不同场的示意图,(d)基于GNP-TiO2的传感器在250℃下对30-70ppb CO的动态响应特性。

 

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图4.(a)Yb掺杂In2O3纳米管传感器对0.5-30ppm H2S的动态响应特性,(b)稀土(Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Tm)掺杂In2O3纳米管在室温下对20ppm H2S的连续测试,以及(c)Yb掺杂In2O3纳米管的选择性测试。(d)纯稀土和稀土(Ce、Tm、Eu、Er和Tb)掺杂In2O3纳米管在220 ℃下检测5-500 ppm乙醇的动态响应曲线。

 

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图5.气敏材料(Na/Pt-WO3纳米纤维)及其应用示意图。

 

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图6.异质结能带图。


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