DOI: 10.1016/j.snb.2021.131061

本研究采用简单的静电纺丝法制备了Ru掺杂多孔中空SnO2纳米管，并对其晶体结构、形貌和多孔中空纳米管的形成机理进行了全面的阐述。基于多孔中空Ru掺杂SnO2纳米管的传感器显示出约340的出色传感响应，在250℃下对100ppm丙酮的超快响应时间为0.58s。此外，该传感器表现出良好的稳定性和优异的选择性。气敏性能的增强可归因于中空多孔纳米管结构的较大比表面积、超细SnO2晶粒和催化剂RuO2的协同作用。本研究表明，Ru掺杂SnO2纳米管具有作为丙酮气体传感器的高可靠性、高性能传感层的潜力。

图1.（a）静电纺丝过程示意图，（b）由SnCl2、RuCl3和PVP均匀混合物形成的纳米纤维，（c）离心后的层状纳米纤维，（d）退火后的中空多孔纳米管。

图2.（a）Ru掺杂SnO2和纯SnO2样品的XRD谱。（b）Ru掺杂SnO2的Ru3d和3p，以及（c）Ru掺杂SnO2和纯SnO2的Sn3d的XPS光谱。

图3.2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的SEM图像：（a）低倍放大，（b）几种纳米管的开口端形状，（c）高倍放大。（d）纯SnO2纳米纤维的SEM图像。

图4.2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的TEM图像：（a）低分辨率图像显示大量中空多孔纳米管，（b）单根中空多孔纳米管的高分辨率图像，以及（c）构成纳米管壁的纳米颗粒的晶格图像。（d）单个纳米管中的EDS元素映射图像。

图5.（a）基于2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的传感器在250℃下对100ppm丙酮的响应和恢复曲线，（b）基于纯SnO2纳米纤维的传感器在400℃下对100ppm丙酮的响应和恢复曲线。（c）基于2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的传感器在250℃下对100ppm丙酮的五次响应和恢复曲线。基于2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的传感器在250℃下对（d）0.5-5ppm和（e）10-200ppm丙酮的动态响应曲线。（f）基于2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的传感器对0.55ppm丙酮的响应-浓度拟合曲线。

图6.基于2mol%Ru掺杂SnO2纳米管和纯SnO2纳米纤维的传感器在250℃下对100ppm各种目标气体的响应。

图7.（a）基于2mol%Ru掺杂SnO2的传感器在不同湿度和250℃下对100ppm丙酮的响应。（b）基于2mol%Ru掺杂SnO2的传感器在250℃下对100ppm丙酮28天内的气体响应。

图8.（a）通过吸附氧气在纳米管内外表面形成电子耗尽层的示意图，（b）Ru掺杂SnO2纳米管与目标气体的气敏相互作用，（c）SnO2-RuO2异质结。

图9.2mol%Ru掺杂SnO2纳米管和纯SnO2纳米纤维的UPS光谱。

图10.（a）纯SnO2纳米纤维和（b）2mol%Ru掺杂SnO2纳米管的O1s XPS光谱。