DOI:10.1016/j.snb.2020.128819

在这项工作中，通过简便的静电纺丝和退火工艺成功地合成了源自金属有机骨架（MOF）的Zn2+掺杂SnO2（ZZS）中空纳米纤维（HNFs），以实现低浓度的HCHO监测。由于空心纳米结构和优化的Zn2+均匀掺杂行为确保了平稳的电子转移、丰富的化学吸附活性位点和氧空位，因此15wt％ZZS HNFs具有优异的气体传感性能，对100ppm HCHO的传感响应值为25.7，响应/恢复时间（12/45s）快。与原始SnO2和其他ZZS HNFs相比，该纳米纤维在快速响应/恢复时间（10/2s）内的HCHO检测能力低至500ppb。此外，将15wt％ZZS HNFs组装成实用的HCHO实时监测和预警智能检测装置时，仍然具有对HCHO的高灵敏度，这在未来智能室内空气质量监测中具有广阔的商业前景。

图1.ZZS HNFs合成步骤示意图。

图2.（a）原始SnO2和不同ZZS HNFs样品的SEM图：（b）1wt％，（c）5wt％，（d）15wt％，（e）20wt％；（f）原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的各种ZZS HNFs纤维的平均直径；（g）15wt％ZZS HNFs的TEM，（h）HRTEM和SAED图谱（插图），以及（i）元素映射。

图3.（a）原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的ZZS HNFs的XRD图谱全角度范围和（b）（110）峰的放大XRD图谱；（c）晶粒尺寸向Zn2+掺杂量的演变；（d）N2吸附-解吸等温线，（e）原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的ZZS HNFs的孔径分布和表面积。

图4.（a）原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的ZZS HNFs的XPS全光谱，（b-h）高分辨率XPS光谱以及Sn 3d，Zn 2p和O 1s拟合数据，（i）紫外可见漫反射光谱。

图5.（a）在不同工作温度下，基于原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的ZZS HNFs的传感器对100ppm HCHO的响应；（b）在不同工作温度下，五种传感器在空气中的基本电阻；（c）五种传感器在400℃下暴露于100ppm HCHO时的动态电阻曲线；（d）传感器在400℃下对各种100ppm气体的响应；（e）在400℃下，SnO2和15wt％ZZS HNFs传感器对HCHO的响应比与其他气体的响应比；（f）15wt％ZZS HNFs传感器对包含10ppm HCHO和10ppm其他干扰气体的混合气体的辨别测试。

图6.（a）基于原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的ZZS HNFs的传感器在400℃下对100ppm HCHO的响应/恢复时间曲线；（b）对不同浓度HCHO的响应；（c）log（s）-log（c）的相应拟合线性曲线；（d）在不同相对湿度条件下，原始SnO2和含不同Zn2+掺杂量的ZZS HNFs对100ppm HCHO的响应；（e）基于原始SnO2和15wt％ZZS HNFs的传感器用于检测100ppm HCHO的六个动态响应恢复循环；（f）实验室制备的智能甲醛检测设备和（g）智能检测设备检测HCHO气体的过程照片。

图7.气体传感机理的示意图。请注意，白色球体代表氧空位。