DOI: 10.1016/j.snb.2021.129919

本文报道了一种通过静电纺丝合成Ag掺杂Fe2O3中空纳米纤维的简单方法。将合成的样品制备成气体传感器，并对其传感性能进行了系统的研究。结果表明，Ag掺杂Fe2O3材料为中空管状结构，在室温下对H2S具有较高的响应（Ra/Rg=19.43）、选择性和灵敏度。通过DFT、O2-TPD和H2-TPR研究了传感器对H2S的响应机理。据推断，传感器出色的气敏性能是因为银掺杂提高了载流子、吸附氧和晶格氧的浓度。粗糙的中空结构有利于气体的吸附和捕获，为传感反应提供了许多活性中心。因此，具有空心结构的Ag掺杂Fe2O3纳米纤维作为传感材料具有广阔的应用前景。

图1.Ag掺杂Fe2O3纳米纤维的合成过程示意图。

图2.纯（a-b）Fe2O3，（c-d）2IFCN，（e-f）3IFCN和（g-h）4IFCN样品在不同放大倍数下的SEM图像，插图是相应的纯Fe2O3和Ag掺杂Fe2O3纳米纤维直径的直方图。3IFCN样品的（i-k）TEM图像，（l）HRTEM图像，（m）相应的SAED图谱和（n）EDS映射图像。

图3.纯Fe2O3、2IFCN、3IFCN和4IFCN的XRD图谱。

图4.（a）在室温下对不同H2S浓度的响应，（b）对不同H2S浓度的响应时间图。

图5.（a）3IFCN传感器在室温下对100ppm-3ppm H2S的动态响应-恢复曲线，（b）响应直方图和响应时间曲线。（c）室温下响应与H2S浓度的线性拟合，（d）在室温下比较3IFCN纳米管对不同气体的选择性。

图6.（a）3IFCN传感器在室温下对100ppm H2S为期30天的长期稳定性，（b）3IFCN传感器在不同湿度条件下对100ppm H2S的响应。

图7.（a）纯Fe2O3和Ag掺杂Fe2O3的XPS光谱。（b）Fe2p，（c）Ag3d和（d）O1s的高分辨率XPS光谱。

图8.（a）纯Fe2O3和3IFCN样品的O2-TPD和（b）H2-TPR比较。

图9.（a，c）纯Fe2O3和Ag修饰Fe2O3（001）表面的球棍模型，（b，d）H2S分子在纯Fe2O3和Ag修饰Fe2O3（001）表面上的吸附。Fe、O、H、S和Ag原子分别用棕色、红色、粉色、黄色和灰色球表示。

图10.（a-d）纯Fe2O3传感器和（e-h）3IFCN传感器的气敏机理示意图。