DOI: 10.1016/j.snb.2020.127695

开发具有创新设计的气体传感器对于传感器在监测室内空气质量和工业安全方面的广泛应用是非常可取的。本文提出了通过将金属离子和交联的聚合物静电纺丝到与氧化钴（Co3O4）颗粒结合的多孔杂三氧化二铟（In2O3）带上以显著提高气敏性能。对其结构评价进行了系统的探讨，并对Co3O4的含量进行了微调。气敏结果表明，所获得的空位氧和富氧的In2O3-Co3O4吸附带对包括丙酮（52，280℃）和甲醛（39，260℃）的挥发性有机化合物（VOCs）表现出显著的响应。这可以归因于p型Co3O4的分层多孔异质结构、离子失配和催化性能。这种简便的方法通过结构和组成工程，为气敏材料的合理设计提供了依据，有利于气体分子的吸附和扩散。

图1.（a）In2O3-Co3O4带的SEM图像和（b）XRD图谱；（c）In2O3-Co3O4中In、Co和O的点样和（d）元素映射图；（e）单个In2O3-Co3O4带的相应理想几何模型；（f）In2O3-Co3O4带的TEM、（g）放大的TEM和（h）SAED图像。

图2.（a）In2O3带和（d）Co3O4颗粒的XRD图谱，（b，c）In2O3带、（e，f）Co3O4颗粒和（g-i）In2O3-Co3O4带（S-3）的XPS谱图。

图3.（a）图解说明基于In2O3-Co3O4（S-3）的传感器在暴露于空气和气体中时的合理过程；（b）在甲醛和丙酮气体下，基于S-3的传感器的响应与工作温度的关系；基于In2O3、Co3O4和In2O3-Co3O4（S-3）样品的传感器在不同温度下对200ppm（c）丙酮和（d）甲醛的响应图；（e）In2O3、Co3O4和In2O3-Co3O4样品在不同温度下的相关电阻；（f）基于S-3的传感器对200ppm不同气体的选择性；（g）比较基于S-1、S-2、S-3、S-4、S-5和S-6的传感器对200ppm丙酮和甲醛的响应。

图4.基于In2O3-Co3O4的传感器在最佳温度下对（a）200ppm、（b）50-200ppm和（c）200ppm丙酮，（d）200ppm、（e）1-20ppm、（f）200ppm甲醛的瞬态响应曲线。

图5.（a）In2O3-Co3O4带的能带结构，（b）基于In2O3-Co3O4带的传感器暴露于气体和丙酮中的的势垒变化；（c）异质结构In2O3-Co3O4带的示意图。