DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.158929

随着现代社会氢经济的日益发展，氢气检测技术对于预防氢气积聚引起的爆炸、火灾等事故至关重要。在此，通过静电纺丝工艺合成了In2O3纳米粒子（NP）嵌入TiO2纳米纤维（NFs），其中添加了水热合成的In2O3 NPs以制备具有高灵敏度和选择性的氢气探测器。合成了嵌入不同量In2O3 NP的几种TiO2 NF样品，并测定了它们的传感特性，以确定对氢气具有最佳响应的气体传感器的组成。结果表明，最佳传感器由嵌入0.6wt％In2O3 NPs的TiO2 NF组成，并且对1000ppm氢气的传感响应比纯TiO2 NF传感器高50倍。此外，它的氢选择性也得到了改善，除氢气外，该传感器对本研究中的其他几种气体的响应几乎可以忽略不计。在此，研究者展示了In2O3 NP嵌入TiO2 NFs的氢敏特性，并探究了它们的工作机理和最佳结构。

图1.纯TiO2 NFs（纯TNF）和In2O3 NPs嵌入TiO2 NFs样品的XRD图谱（含0.15％In2O3 NPs的TNF，含0.3％In2O3 NPs的TNF，含0.45％In2O3 NPs的TNF，含0.6％In2O3 NPs的TNF，含0.75％In2O3 NPs的TNF）。

图2.（a）TTIP混合PVP纳米纤维和（e）In2O3纳米粒子嵌入TTIP混合PVP纳米纤维的SEM图像。（c）和（g）分别为（a）和（e）中呈现的煅烧纯TiO2和In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维的SEM图像。（b），（f），（d），（h）分别是相应纳米纤维的放大SEM图像。

图3.（a）In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维的低倍放大TEM图像，（b）放大的高分辨率TEM图像，包括TiO2和In2O3纳米颗粒，以及（c）相应的选定区域电子衍射图像。

图4.（a）In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维的扫描TEM图像，以及相应纳米纤维中（b）氧，（c）钛和（d）铟元素的EDS映射图。

图5.（a）纯TiO2纳米纤维（纯TNF）和In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维（含0.6％In2O3 NPs的TNF）的XPS全扫描光谱。（b）相应纳米纤维中Ti2p的XPS曲线。（c）In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维中In3d的XPS曲线（含0.6％In2O3 NPs的TNF）。（d）纯TiO2纳米纤维（纯TNF）和In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维（含0.6％In2O3 NPs的TNF）中O1s的XPS曲线。

图6.纯和In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维的氢传感响应与工作温度的函数关系，间隔为25℃。

图7.（a）纯TNF，（b）含0.15％In2O3 NPs的TNF，（c）含0.3％In2O3 NPs的TNF，（d）含0.45％In2O3 NPs的TNF，（e）含0.6％In2O3 NPs的TNF和（f）含0.75％In2O3 NPs的TNF在200℃下对1000ppm氢气的动态响应和恢复曲线，及其响应和恢复时间。

图8.（a）分别总结了纯和In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维基传感器的氢传感响应，以及（b）相应的log（S-1）与log（C）曲线。（c）传感器的传感响应和（d）恢复时间与施加的氢浓度的关系。

图9.不同含量In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维基传感器对各种化学气体的气体传感响应。

图10.含0.6％In2O3 NPs的TNF对1000ppm氢气与不同浓度（a）苯，（b）氨，（c）一氧化碳，（d）甲烷和（e）二硫化氢的混合物的动态响应曲线。

图11.（a）含0.6％In2O3 NPs的TNF在20个循环期间对1000ppm氢气的可重复性，（b）纯和In2O3纳米粒子嵌入TiO2纳米纤维基传感器在一个月中的长期稳定性。

图12.单晶TiO2纳米纤维暴露于（a）空气和（b）环境氢中的示意图，以及（c-d）在相同条件下多晶TiO2纳米纤维的电结构。

图13.嵌入In2O3纳米粒子的多孔和多晶TiO2纳米纤维暴露于（a）空气和（b）环境氢中的电结构。