环境污染日益严重，有毒有害挥发性有机化合物(VOCs)的排放正威胁着人类的健康生活。乙醇作为典型的VOCs，会危害人体健康的同时，存在引起火灾和爆炸的安全隐患。SnO₂和In₂O₃作为典型的n型金属氧化物半导体（MOS），在气体传感领域得到了广泛的研究。然而，SnO₂和In₂O₃的高电子-空穴复合率限制了它们在气体传感器中的性能。多金属氧酸盐（POMs）是一类骨架结构中富含W、Mo、V、Nb、Ta等过渡元素的金属氧簇离子，有着良好的热稳定性，能带结构与MOS相似，被证明具有类似半导体的特性。POMs可作为电子受体参与复合气敏材料的制备，捕获并传递电子，有助于提高气敏响应。

图1：In₂O₃@PW₁₂@SnO₂同轴纳米纤维的制备。

鉴于此，长春理工大学董相廷教授、王天奇副教授团队在期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》上，发表了最新研究成果“Polyoxometalates electron acceptor-intercalated In₂O₃@SnO₂ nanofibers for chemiresistive ethanol gas sensors”。通过同轴静电纺丝结合煅烧的方法，合成具有一维线性连续串联异质界面的三层核壳In₂O₃@PW₁₂@SnO₂同轴纳米纤维材料（图1）。煅烧后的SEM图像（图2b，c）与煅烧前（图2a）的相比，纤维的直径存在明显减小，且具有较大的长径比，没有出现断裂。

通过将PW₁₂插入In₂O₃与SnO₂层间，有效促进了载流子的迁移，抑制了电子-空穴的复合，起到提升气体传感性能的作用。嵌入了PW₁₂层的传感器的响应值均高于In₂O₃@SnO₂传感器，In₂O₃@3%PW₁₂@SnO₂纳米纤维对100 ppm乙醇的响应值最高，为22.6。且In₂O₃@3%PW₁₂@SnO₂传感器的选择性良好，响应-恢复时间较快（图3）。

图2：In₂O₃@PW₁₂@SnO₂同轴纳米纤维的微观结构表征和结构模型。

图3：In₂O₃@PW₁₂@SnO₂纳米纤维的气体传感性能。

此外，优化的传感器还表现出良好的重复性和稳定性。采用一步同轴静电纺丝制备串联异质材料的新方法，引入POMs，构建串联异质结，提高了气体传感器的性能，为开发高性能气体传感器提供了新策略。这项工作还展示了POMs的应用潜力，为基于POMs的气体传感器的开发提供了理论基础。

长春理工大学硕士生张丽薇和田进梅为该项研究成果的共同第一作者。本研究工作同时得到了中国科协青托工程、国家自然科学基金、吉林省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S092540052400457X

通讯作者：

王天奇，长春理工大学化学与环境工程学院副教授，博士生导师。中国科协青年人才托举工程入选者；吉林省高层次人才（D类）。2018年于东北师范大学化学学院获理学博士学位，现研究方向为多酸基气体传感器的研制。先后主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金等课题6项。在ACS Sens.，Sens. Actuators B Chem.等期刊共发表第一（通讯）作者SCI论文20余篇，其中ESI前1%高被引论文2篇。