DOI:10.1016/j.jallcom.2020.157339

为了调节介孔WO3纳米纤维的孔隙率和氧空位，开发了一种结合不同加热速率的简便静电纺丝技术。WO3的孔隙率随加热速率的增加而逐渐增大，直至10℃/min后孔隙率降低，这是由于破坏了WO3纤维状结构。因此，加热速率为10℃/min的WO3纳米纤维（WO3-10）具有最大的孔径和表面积。同时，随着加热速率的提高，有机聚合物在较高的加热速率下快速分解时，由于局部氧分压降低，氧空位浓度明显增加。因此，WO3的低温NO2传感性能可通过加热速率进行调节。WO3-10纳米纤维的传感性能最佳，在90℃下对3ppm NO2表现出最高的响应（101.3）和最短的响应时间（125s）/恢复时间（231s）。这些优异的传感特性归因于WO3-10纳米纤维的高孔隙率、高氧空位浓度和高表面积，其对表面O2-物种和NO2气体分子的气体扩散系数较高，吸收能力较强。

图1.（a）在不同加热速率下WO3样品的XRD图和（b）尺寸分布。

图2.PVP/W前体复合纳米纤维在不同加热速率下的TGA和DSC曲线：（a）1℃/min，（b）5℃/min，（c）10℃/min，（d）15℃/min。

图3.多孔WO3纳米纤维的SEM图像：（a）WO3-1，（b）WO3-5，（c）WO3-10，和（d）WO3-15。（g）WO3-10纳米纤维的SEM图像以及（f）W和（g）O元素EDS映射。

图4.分别为（a）WO3-1，（c）WO3-5和（e）WO3-10纳米纤维的TEM图像。（b）WO3-1，（d）WO3-5和（f）WO3-10纳米纤维的HRTEM图像。

图5.（a）WO3-10纳米纤维的全扫描光谱和（b）W 4f高分辨率光谱；（c）WO3-1，（d）WO3-5，（d）WO3-10和（f）WO3-15的O 1s区域高分辨率XPS光谱。

图6.（a）WO3-1，（b）WO3-5，（c）WO3-10和（d）WO3-15纳米纤维的氮气吸收-解吸等温线；插图显示了相应的孔径分布曲线。

图7.在不同加热速率下制备的WO3样品的PL光谱。

图8.（a）四种传感器在不同温度下对3ppm NO2的响应-温度曲线；（b）四种传感器在90℃下测得的初始电阻Ra。

图9.基于四种样品的传感器在90℃下对各种NO2浓度的响应-时间曲线：（a）WO3-1，（b）WO3-5，（c）WO3-10和（d）WO3-15纳米纤维；插图显示了四种传感器在NO2浓度分别为100ppb、200ppb和500ppb时的相应放大曲线。

图10.（a）四种传感器在90℃下对3ppm NO2的响应-恢复曲线；（b）所有传感器对NO2的相应响应和恢复时间。

图11.（a）在90℃下，WO3-10纳米纤维对NO2和其他干扰气体的响应；（b）在WO3{001}极性表面上NO2、NH3、CH3OH和CH3OHCH3的吸附能；在WO3{001}极性表面上（c）NO2、（d）NH3、（e）CH3OH和（f）CH3OHCH3的吸附原子结构。

图12.（a）WO3-10纳米纤维在90℃下对3ppm NO2的长期稳定性达15天；（b）在90℃和不同相对湿度下，WO3-10纳米纤维对3ppm NO2的响应恢复曲线。