DOI: 10.1016/j.snb.2021.129971

为了准确检测目标气体的浓度，迫切需要开发出在不同相对湿度下具有高度稳定性的三乙胺气体传感器。在本研究中，通过简单的静电纺丝和随后的热处理制备了一系列Sn掺杂NiO中空纳米纤维。Sn掺杂会抑制晶体生长，并且随着Sn掺杂浓度的增加晶体尺寸减小。气体传感研究表明，Sn掺杂可以在相对较低的温度下显着增强对三乙胺的气敏响应。特别是，当Sn掺杂含量达到6at％时，气体传感器表现出对三乙胺的最高响应。在相同的工作温度下，Sn掺杂NiO中空纳米纤维传感器对100ppm三乙胺的响应值约为16.6，比纯NiO纳米纤维高9.2倍左右。另外，在不同的相对湿度下，具有不同Sn掺杂含量的气体传感器在空气或目标气体中的电阻也会发生不同的变化。当Sn掺杂含量为6at％时，随着相对湿度的增加，在目标气体中的电阻几乎不变。据合理推测，Sn掺杂会显著改变NiO纳米纤维的表面状态，这有利于改善其气体响应和湿度依赖性。

图1.气体传感器（a），平面电极基板的正面（b）和背面（c）图示，（d）所制备的传感器的照片图像。

图2.纯NiO和Sn-NiO纳米纤维的XRD图谱。

图3.（a，b）纯NiO，（c，d）3Sn-NiO，（e，f）6Sn-NiO和（g，h）9Sn-NiO纳米纤维的SEM图像。

图4.（a）纯NiO纳米纤维的TEM，（b）HRTEM图像，以及（c）相应的SAED图谱。（d）6Sn-NiO纳米纤维的TEM，（e）HRTEM图像和（f）相应的SAED图谱。（g-j）由TEM衍生的6Sn-NiO的Ni、O和Sn元素映射图。

图5.（a）6Sn-NiO的Sn3d XPS光谱，（b）纯NiO，（c）1Sn-NiO，（d）3Sn-NiO，（e）6Sn-NiO和（f）9Sn-NiO的Ni2p 2/3 XPS光谱。

图6.（a）基于所获得样品的不同传感器在工作温度下暴露于100ppm TEA的响应。（b）基于所获得样品的不同传感器在不同温度下的空气电阻。实验室条件（相对湿度：20％±5；温度：20-25℃）。

图7.在180℃、实验室条件（RH：20％±5；温度：20-25℃）下，不同气体传感器对100ppm各种气体的选择性。

图8.在180℃、实验室条件（RH：20％±5；温度：20-25℃）下，基于（a）纯NiO和（c）6Sn-NiO样品的传感器对不同浓度TEA的动态响应曲线。基于（b）纯NiO和（d）6Sn-NiO样品的传感器在180℃下对不同浓度TEA的响应值。

图9.基于（a）纯NiO纳米纤维，（b）6Sn-NiO纳米纤维的传感器在180℃下对100ppm TEA的动态响应瞬态，（c）基于纯NiO和6Sn-NiO纳米纤维的传感器在180℃下对TEA的响应时间和（d）恢复时间。实验室条件（相对湿度：20％±5；温度：20-25℃）。

图10.（a）6Sn-NiO传感器在180℃下对100ppm TEA的五个动态响应曲线。（b）6Sn-NiO传感器在180℃的工作温度、不同的相对湿度下对100ppm TEA的响应和电阻。（c）6Sn-NiO传感器在180℃的工作温度、不同的RH下对100ppm TEA的动态响应曲线。（d）6Sn-NiO传感器在20％-80％RH下的响应和恢复时间。

图11.基于Sn-NiO纳米纤维的传感器在空气（a，c）和TEA气体（b，d）中的传感机制示意图。