DOI: 10.1016/j.snb.2021.130299

本文介绍了一种基于多层堆叠SnO2 NFs/PDA复合材料的石英晶体微天平传感器（QCM），该传感器对甲醛气体具有较高的灵敏度和选择性。通过静电纺丝和进一步氧化聚合制备了SnO2 NFs/PDA复合材料。通过一系列材料表征技术证实了所制备复合纳米材料的形貌和化学成分。基于SnO2 NFs/PDA纳米材料的QCM传感器在较宽的甲醛浓度范围内（0.5-50ppm）表现出优异的传感特性，例如高灵敏度（12.2Hz/ppm）、较短的响应/恢复时间（25s/38s）、较高的线性度和选择性。通过阻抗分析确定了所制备传感器的频移特性和电参数。甲醛气体的吸附机理可归因于氢键和醛氨席夫碱相互作用的结合。研究表明，SnO2 NFs/PDA基QCM在实际甲醛传感中具有很大的应用潜力，为设计高灵敏度、高选择性的甲醛传感器提供了可行的解决方案。

图1.SnO2 NFs/PDA涂覆QCM传感器的制备过程。

图2.（a-b）SnO2 NFs、（c）PDA和（d）SnO2 NFs/PDA复合材料的SEM图像。

图3.（a）PDA和（b-c）SnO2 NFs的TEM图像。（d）SnO2 NFs的HRTEM图像。

图4.SnO2 NFs、PDA和SnO2 NFs/PDA复合材料的FT-IR光谱。

图5.（a）SnO2 NFs、PDA和SnO2 NFs/PDA复合材料的XRD图。SnO2 NFs/PDA复合材料的XPS光谱：（b）全谱，（c）O1s光谱，（d）Sn3d光谱，（e）N1s光谱和（f）C1s光谱。

图6.（a）不同体积比的SnO2 NFs/PDA复合材料在25℃下对0-40ppm甲醛气体的响应。（b）基于SnO2 NFs、PDA和SnO2 NFs/PDA的传感器在25℃下暴露于从低浓度到高浓度甲醛气体时的动态响应曲线。（c）频移与甲醛浓度相关函数的拟合曲线。（d）SnO2 NFs/PDA基QCM传感器在25℃下对甲醛气体的连续试验曲线。

图7.（a）基于SnO2 NFs、PDA和SnO2 NFs/PDA的QCM传感器在25℃下对40ppm甲醛气体的典型响应/恢复曲线。（b）SnO2 NFs/PDA传感器在25℃下对甲醛气体的连续重复性试验和（c）长期稳定性试验。（d）SnO2 NFs/PDA传感器在25℃、不同相对湿度下对20ppm甲醛的响应。

图8.（a-c）基于SnO2 NFs、PDA和SnO2 NFs/PDA的QCM传感器在25℃下对甲醛气体的电导谱。（d）三种QCM传感器在不同甲醛气体浓度下的品质因数。

图9.SnO2 NFs、PDA和SnO2 NFs/PDA传感器在25℃下对30ppm各种检测气体的选择性试验。

图10.甲醛在SnO2 NFs/PDA传感层上的吸附机理示意图。