DOI:10.1016/j.jallcom.2020.154999

基于气敏材料的过渡金属氧化物的感测性能不足，限制了其实际应用。无机-有机杂化纳米材料是目前最先进的高灵敏度气体传感器材料。本文将六氟异丙醇（HFIP）接枝到三氧化钨（WO3）中空纳米纤维（HNFs）上，用于检测氢键作用下的甲基膦酸二甲酯（DMMP，sarin试剂模拟物）。此外，还采用还原氧化石墨烯（rGO）纳米片作为基底层，以避免晶界中毒和提高电荷迁移率。另外，还研究了传感材料的紫外光活化。与WO3 HNFs和双层rGO/WO3相比，双层rGO/WO3-HFIP对DMMP表现出较高的快速响应。所有传感器在紫外光照射下的传感性能均得到改善，这也说明紫外光对其传感性能的激活作用。双层rGO/WO3-HFIP在150℃、10 ppm DMMP下表现出较高的响应（17.6），并且在相对湿度（80RH%）下保持90%的响应。此外，DMMP的检测限低至0.1 ppm，这表明HFIP可以作为DMMP分子的提示。这项工作提供了一种用于DMMP检测的双层rGO/WO3-HFIP传感材料的有效合成方法。

图1.（a和b）空白传感器基板的正面和背面的示意图。（c和d）不同放大倍率下涂覆有WO3 HNFs层的传感器基板的SEM图像。（e和f）不同放大倍率下（用作传感器2和3）以rGO涂层作为基础层的传感器基板的SEM图像。（g和h）不同放大倍率下，双层rGO和WO3 HNFs涂覆的传感器基板的SEM图像。（i和j）不同放大率下，双层rGO和WO3-HFIP HNFs涂覆的传感器基板的SEM图像。

图2.（a和b）不同放大倍率的WO3 HNFs的SEM和TEM图像。（b1和b2）分别是WO3 HNFs的HRTEM图像和SAED模式。（c-d2）分别用HFIP有机基团官能化后的WO3 HNFs的SEM、TEM和HRTEM图像。（e1-5）WO3-HFIP的EDX元素映射图，分别显示元素W、O、Si、N和F。

图3.（a）WO3和WO3-HFIP HNFs的XRD图谱。（b）WO3、WO3-COOH和WO3-HFIP HNFs的FTIR光谱。（c）WO3和WO3-HFIP HNFs的XPS全扫描光谱。（c1）样品WO3和WO3-HFIP HNFs的W 4f的高分辨率XPS光谱。（补充数据中提供了C 1s、O 1s、N 1s和Si 2p的高分辨率XPS光谱）。

图4.（a）在紫外光照射之前和之后（通过气体测试设备进行），从空气环境中的传感器基线收集具有各种传感材料的传感器的电阻-电压特性。（b）WO3和WO3-HFIP分散在作为基材的BaSO4粉末上的紫外/可见光漫射吸收光谱，插图为WO3 HNFs和功能化WO3-HFIP HNFs的（αhv）2与（hv）图。

图5.（a）DMMP浓度为10 ppm时的响应测试温度关系。（b）传感器在150℃下对10 ppm各种气体的响应。（c）在150℃下测试紫外光前后，传感器对0.1-10 ppm范围内的不同DMMP浓度的响应（d）在0.1-10 ppm范围内的不同DMMP浓度下，计算出的rGO/WO3-HFIP传感器在紫外光照射之前和之后相应的响应恢复时间（图5c）。

图6.（a）所有传感器在150℃、紫外光下对10 ppm DMMP的六种循环响应曲线。（b）长期稳定性测试样品在紫外光照射之前和之后在150℃下对10 ppm DMMP的响应。

图7.（a）在紫外光照射之前和之后，传感器在不同的相对湿度（RH%）值下的响应。（b）在紫外光照射之前和之后，rGO/WO3-HFIP的响应恢复时间与RH%的关系。（c）放在玻璃基板上的纯WO3 HNFs和WO3-HFIP的水接触角。（d）紫外光下WO3-HFIP传感材料的DMMP传感机制的示意图。