DOI: 10.1016/j.snb.2022.132090

利用水热合成的In2O3纳米粒子，通过静电纺丝和热煅烧工艺合成了多孔结构的Pd修饰In2O3纳米颗粒嵌入SnO2纳米纤维。该过程可以在没有任何ZnIn2O4组分的情况下获得多孔纳米纤维，并且由于其体内众多的孔隙和晶界，纳米纤维的传感性能得以最大化。此外，由于Pd纳米粒子与纳米纤维体形成肖特基势垒并产生催化效应，因此可以提高这些纳米纤维的氢气传感性能。然而，为了显著提高对低浓度氢气的传感性能，迫切需要具有更有效结构的传感器。总之，本研究合成了传感性能增强的Pd修饰In2O3纳米颗粒嵌入SnO2多孔纳米纤维。这种异质结构纳米纤维对100ppm氢气的响应为1291，与Pd修饰SnO2纳米纤维相比该纳米纤维的传感性能增强了24倍。综上所述，本研究提供了具有最佳氢气传感性能和传感机制的最优In2O3纳米颗粒。

图1.（a）In2O3纳米颗粒、（b）In2O3纳米颗粒嵌入SnO2纳米纤维和（c）Pd修饰In2O3纳米颗粒嵌入SnO2纳米纤维的合成示意图。（d）通过剥离工艺制造的叉指电极芯片的结构示意图以及（e）自制的气体传感测量系统。

图2.（a）PVP纳米纤维以及嵌有（c）0mg、（e）20mg、（g）40mg和（i）60mg In2O3纳米颗粒粉末的Pd修饰SnO2纳米纤维的低倍放大SEM图像。（b）-（j）对应的高倍放大SEM图像。样品S2的TEM图像：（k）显示其完整形态的低倍放大图像，（l）放大的高分辨率图像，显示单个亚晶粒，包括SnO2、In2O3和Pd，以及指示其晶格平面的条纹图样，（m）其相应的SAD图谱，（n）该纳米纤维样品的STEM图像，以及基于（o）Sn、（p）In、（q）O和（r）Pd的STEM图像的EDS元素映射图谱。

图3.本研究中合成样品的XRD图谱。

图4.（a）本研究中合成样品的XPS全扫描测量光谱以及（b）Sn3d、（c）In3d和（d）Pd3d的高分辨率XPS光谱。

图5.（a）本研究中合成纳米纤维样品的紫外-可见吸收光谱和（b）带隙能量。

图6.（a,b）S0、（c,d）S1、（e,f）S2和（g,h）S3的N2吸附-解吸等温线和孔径分布。

图7.（a）S0、（b）S1、（c）S2和（d）S3的瞬变动态响应，以及（e）对100ppm氢气的传感响应与工作温度的函数关系。

图8.（a）S0、（b）S1、（c）S2和（d）S3的瞬变动态响应，以及（e）25℃下氢气传感响应与氢气浓度之间的函数关系。

图9.250℃下，（a）S0、（b）S1、（c）S2和（d）S3对NO2、甲苯、乙醇、H2S和CO气体的瞬变动态响应与气体浓度之间的函数关系，以及（e）S0、（f）S1、（g）S2和（h）S3的相应汇总雷达图，以分析传感器的传感选择性。

图10.（a）S0和（b）S2在250℃下暴露于0.1、1和100ppm氢气的五个循环的传感重复性，（c）和（d）分别为总结的响应性。

图11.样品S2（插图为S0）在250℃下对100ppm氢气的长期稳定性，每5天测量一次，持续一个月。

图12.（a）SnO2-Pd、（b）In2O3-Pd、（c）SnO2-In2O3和（d）SnO2-SnO2与空气和氢气环境接触前后的能级示意图。

图13.多孔Pd纳米颗粒修饰SnO2纳米纤维（a）在空气中和（b）在氢气气氛中的电气结构示意图。