DOI:10.1088/1361-6528/ab98bb

在这项工作中，研究者报告了自发形成的NiO纳米粒子修饰在光滑的SnO2纳米纤维上，这是一种廉价且可扩展的方法，可通过基于静电纺丝和水热法的简单两步合成工艺来获得较高的复合材料比表面积。氧化镍质子传导电解质均匀地沉积在透明溶液中的大表面积上，混合并装饰在二氧化锡纳米纤维上，如电纺纳米纤维的横截面成像所示。基于纳米粒子修饰纤维的复合材料可扩大暴露电解质的表面积，从根本上改善整体的气体传感性能。使用XRD、SEM、TEM、HRTEM、EDX和光电子（XPS）光谱对NiO/SnO2基样品的晶体结构、形态和理化表面状态进行了全面的研究。基于NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维的复合材料表现出良好的介孔特性，具有较大的比表面积，这对于高性能气体传感器而言至关重要。结果表明，NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维的平均直径为180-260nm，其中纤维的平均长度约为1.5µm。NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维的复合材料基异质结增强了氧分子的吸附，在约160℃的最佳温度下，该传感器表现出对乙醇气体的快速响应、良好的选择性和较快的恢复速度。基于传感器的复合NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维在160℃的低温下对100ppm乙醇气体的最大灵敏度响应为23.87，这大约是纯SnO2纳米纤维的7.2倍。基于NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维的复合材料具有优异的气敏性能，这可能是由于小尺寸NiO纳米粒子对光滑SnO2纳米纤维的催化作用增强，以及NiO和SnO2异质结构之间的p/n异质结效应。

图1.纯SnO2（黑色）的衍射图和分别在300℃、400℃、500℃和600℃下煅烧的复合材料基NiO/SnO2的XRD测量结果的比较。

图2.（a）纯SnO2纳米纤维的SEM图像。（b）–（d）基于NiO/SnO2的复合材料的高倍和低倍SEM图像，（e）–（g）基于NiO/SnO2颗粒修饰纤维的复合材料的TEM图像，（g）中的插图显示其高分辨率放大，（h）基于NiO/SnO2样品的复合材料的HRTEM图像。

图3.NiO/SnO2纳米粒子修饰纳米纤维的XPS全扫描光谱，（a）纯和复合材料的高分辨率Sn 3d光谱，（b）NiO/SnO2复合材料的Ni 2p精细光谱，（c）–（d）原始SnO2纤维和基于NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维复合材料的O 1s XPS光谱。

图4.（a）纯SnO2传感器和基于NiO/SnO2纳米粒子修饰纤维复合材料对各种工作温度的响应，（b）NiO/SnO2对100ppm不同气体的响应，（c）在160℃的最佳温度下，NiO/SnO2复合材料对乙醇浓度的实时传感响应，（d）在160℃的工作温度下，NiO/SnO2对不同乙醇浓度的传感响应，其中实线表示线性多项式拟合曲线的实验数据。

图5.（a）相对湿度响应曲线，（b）基于NiO/SnO2纳米颗粒修饰纤维的500℃退火复合材料在160℃下对C2H5OH的长期稳定性。

图6.（a）当被（空气）、（b）目标（乙醇）气体包围时，复合材料基NiO/SnO2异质结的拟议传感机制。（c，d）大气中的纯（NiO）和（SnO2）能带结构以及乙醇中NiO/SnO2异质结构的能带结构。