DOI:10.1016/j.orgel.2020.105659

有机-无机杂化材料具有高灵敏度、选择性、快速响应时间、柔性和低功耗等优点，是一种极具发展前景的高性能气体传感器材料。本文介绍了一种高灵敏度、选择性、低工作温度的硫化氢气体传感器。它基于金属氧化物纳米粒子（NPs）嵌入到含有离子液体（IL）的有机半导体聚合物纳米纤维（NFs）膜中。在这个前提下，采用静电纺丝技术制备了平均直径为130～20nm的高比表面积氧化钨-聚乙烯醇（WO3-PVA）纳米纤维复合传感材料，并对其形貌和互连性进行了控制。评估了制备的含WO3 纳米粒子的PVA纳米纤维传感材料在不同工作温度和气体浓度下对H2S气体的潜在传感能力。结果表明，该传感器对H2S气体具有高灵敏度和选择性，并且表现出良好的重复性和长期稳定性。此外，该传感器在潮湿环境中显示出足够的响应。同时也表明纳米纤维膜的孔隙率和厚度控制了其传感性能。最佳工作温度为40℃，检测阈值低至100ppb，响应时间为16.37±1.42s。这种高灵敏度、快速响应时间和低工作温度（低功耗）的结合，为该传感器具备超越现有设备的潜力提供了清晰的依据，这将为商业开发铺平道路。

图1.H2S气体检测系统。

图2.原始WO3纳米粒子的XRD图谱（A）和SEM显微照片（B）。

图3.A）PVA-5vol%IL-5wt%WO3-5H、B）PVA-5vol%IL-5wt%WO3-7H、C）PVA-5vol%IL-5wt%WO3-9H的SEM图像，D）孔隙率和厚度随纺丝时间变化。

图4.A）原始PVA纳米纤维、B）PVA-5vol%IL-5wt%WO3-9H、C）PVA-5vol%IL-7.5 wt%WO3-9H、D）PVA-5vol%IL-10wt%WO3-9H的SEM图像，E）孔隙度和纤维随WO3含量变化，F）PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H的EDX。

图5.原始PVA颗粒和电纺PVA纳米纤维的热分析图。

图6.A）（PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H）传感器的I-V特性曲线与温度的关系，B）PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H电阻的自然对数对逆温度的依赖性。

图7.PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H传感器在A）20℃时1ppm 和B）40℃时100ppb下的重现性和代表性测量曲线。

图8.在（A）40℃、（B）60℃时，不同纺丝时间的PVA-5vol%IL-5wt%WO3-5-9H传感器的响应。

图9.在（A）20℃、（B）40℃和（C）60℃时，PVA-5vol%IL-5-10wt%WO3-9H传感器的响应。（D）PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H的响应时间随温度变化。

图10.A：PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H传感器的长期稳定性，B）湿度对PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H传感器的影响，C）PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H传感器的选择性，D）在40℃时PVA-5vol%IL-7.5wt%WO3-9H传感器的检测极限。