DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126118
对ppb-ppm低浓度范围内的NO进行实时监测在医疗领域具有重要意义。然而,由于涉及高效和选择性传感材料的技术问题,实现这一目标仍然是一项挑战。在本研究中,采用简便的一步静电纺丝法制备了具有多孔结构的Bi掺杂SnO2二维超薄纳米片,其可实现对NO的高灵敏度和选择性检测。结果表明,含0.75mol%Bi的SnO2在75℃的较低温度下对217~10ppm NO的敏感性最高。此外,还实现了50ppb的低检测限、高选择性以及良好的稳定性。进一步详细分析表明,超薄纳米薄膜结构具有较高的表面积和丰富的孔,显示出良好的传感性能。结果表明,二维金属氧化物超薄纳米薄膜具有优异的气敏性能,Bi掺杂SnO2是一种用于实时、低功耗检测NO的潜在材料。
图1.(a)纯SnO2和不同浓度Bi掺杂SnO2的XRD图谱和(110)峰的放大图;(b)纯SnO2,(c)SnO2-0.25%Bi,(d)SnO2-0.5%Bi,(e)SnO2-0.75%Bi和(f)SnO2-1%Bi的FESEM图像。
图2.(a-b)SnO2-0.75%Bi的TEM图像,(c)HRTEM(插图为SAED图谱)和(d)元素映射图像。
图3.纯SnO2和不同浓度Bi掺杂SnO2的XPS光谱:(a)全扫描,(b)Sn3d,(c)Bi4f,(d-h)O1s。
图4.(a)在不同工作温度下,所有样品对10ppm NO的响应。(b)在75℃下暴露于5ppm NO的五个循环中,纯SnO2和不同浓度Bi掺杂SnO2的可重复性。(c)在75℃下,纯SnO2和不同浓度Bi掺杂SnO2传感器对浓度为50ppb-10ppm的NO的动态曲线。插图是50-200ppb的放大图。(d)在75℃下,纯SnO2和SnO2-0.75%Bi样品的气体响应与NO浓度的关系。
图5.(a)样品在75℃下对不同10ppm试验气体的响应。(b)所有样品在75℃下对5ppm NO的长期稳定性。(c)在不同相对湿度下,样品在75℃下对5ppm NO的响应。(d)SnO2-0.75%Bi样品和其他报道的NO气体传感器的温度、浓度和响应的Ashby图。
图6.SnO2-0.75%Bi在75℃下检测NO之后(a)Sn3d,(b)Bi4f,(c-d)O1s的XPS光谱,以及检测之前(f)和之后(e)N1s的XPS光谱。
图7.传感机制的示意图:SnO2-0.75%Bi在不同环境中的气体吸附和能带结构图。