DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.167950

金属-有机骨架（MOF）衍生的CuO微观结构由于煅烧过程中的严重团聚而具有较低的比表面积和较差的表面反应性，这限制了其用作气体传感器的传感响应性和反应动力学，尤其是在室温（RT）下操作时。在本研究中，作者使用MOF方法结合静电纺丝技术构建了一维（1D）多孔CuO管状纳米纤维（TNFs）。CuO TNFs显示出1D中空管状结构，管壁上有许多空腔。特别是，这些MOF衍生的CuO TNFs相互交织，形成具有良好抗聚集性能的3D网状纳米纤维结构。与MOF衍生的CuO纳米颗粒（NPs）相比，CuO TNFs具有更好的NO2传感特性，即在RT（25℃）下的高响应性（在500ppb下提高了27.9倍）、快速响应/恢复率和高选择性。CuO TNFs还显示出可靠的重复性和良好的抗湿性。在不同氧分压下的传感测量表明，Oads（化学吸附的氧）导致Ra降低，并对CuO TNFs的NO2响应的改善产生负面影响。CuO TNFs增强的NO2气敏性能可归因于其独特的管状纳米纤维网络结构、高比表面积、丰富的孔隙率和低活化能。

图1.（a）Cu-MOF纳米颗粒、（b）Cu-MOF纳米纤维、（c）Cu-MOF衍生CuO NPs和（d）Cu-MOF衍生CuO TNFs的SEM图像；（e） Cu-MOF、CuO NPs和CuO TNFs的XRD图；（f）单根CuO管状纳米纤维的TEM图像和相应的HRTEM图谱。

图2.（a）Cu-MOF纳米颗粒和（b）Cu-MOF纳米纤维在5%O2气氛下的TG-DSC曲线。

图3.（a）CuO NPs和CuO TNFs的N2吸附-解吸等温线及（b）相应的孔径分布曲线。

图4.（a）CuO NPs和（b）CuO TNFs的Cu2p的高分辨率XPS光谱；（c）CuO NPs和（d）CuO TNFs的O1s的高分辨率光谱。

图5.CuO NPs和CuO TNFs的PL光谱。

图6.（a）在25℃和25%RH下CuO TNFs和CuO NPs传感器对不同浓度NO2的电阻-浓度曲线，（b）五个循环的再现性测量，（c）15天的稳定性测量，以及（d）对500ppb NO2的响应-恢复时间曲线。

图7.CuO TNFs和CuO NPs传感器对各种气体的选择性测量。

图8.（a）25℃下CuO TNFs传感器对500ppb NO2的响应-湿度曲线和（b）电阻-湿度曲线。

图9.CuO TNFs的气体传感机制。

图10.（a）在25℃和25%RH下CuO TNFs传感器对500ppb NO2的响应-时间曲线和（b）电阻-时间曲线与氧分压之间的关系。

图11.两种传感器在25℃至85℃工作温度范围内的对数图。