随着电子信息、集成电路和物联网等技术的快速发展，具有优异稳定性、较快响应/恢复速度和极低检测限的高灵敏度、高选择性气体传感器在环境空气质量监测、呼出气无创疾病诊断和食品新鲜度分析等各个领域拥有广泛的应用需求并展现了巨大的发展潜力。一维纳米材料如纳米线、纳米棒以及纳米纤维等具有比表面积大，易于表面功能化等特点被广泛用于气体传感。然而，直接以一维纳米材料作为气体传感器已不能满足目前的市场需求，需要将其与其他技术结合以设计新型结构的高性能气敏材料。通过与其他功能材料进行复合，使得一维纳米材料向三维纳米材料进行转变，并且复合材料涵盖了单一材料的优点，同时通过不同材料的复合能够克服单一材料不可避免的短板，以达到优异的气敏性能。
近日，上海理工大学王丁和李贵生教授团队在期刊《Chemical engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Facile engineering of metal–organic framework derived SnO2@NiO core–shell nanocomposites based gas sensor toward superior VOCs sensing performance”。研究者通过静电纺丝工艺制备SnO2纳米纤维、溶剂热法获得SnO2@Ni BDC前驱体以及高温热处理前驱体，在金属有机骨架（MOFs）的基础上成功构建SnO2@NiO纳米核壳结构。基于SnO2@NiO独特的结构和组成，在4 h溶剂热时间（表示为SnO2@NiO-4）下，SnO2@NiO具有良好的选择性、高响应（Ra/Rg = 25.6）和低检出限，且响应与二甲苯浓度之间具有良好的线性关系。特别地，所得的SnO2@NiO-8和SnO2@NiO-16分别对丙酮（Ra/Rg = 28.7）和三乙胺（Ra/Rg = 13.7）具有较高的灵敏度。
纳米复合材料的气体敏感机理示意图和接触VOCs前后的带隙结构示意图。
研究表明，基于MOFs衍生策略构筑的SnO2@NiO纳米核壳结构材料表现出对不同VOCs气体的优良的传感性能。通过详细的机理分析，SnO2@NiO纳米复合材料独特的传感性能可以归因于构建过程中的结构调控和复合材料敏化，包括一定厚度的NiO纳米片的独特核壳结构的构筑，具有可调带隙结构的p-n异质结的形成，大量表面缺陷和活性位点的引入，以及NiO含量的调控。因此，纳米核壳异质结构的设计在高性能传感器的开发与应用中具有巨大潜力。
链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724091836
人物简介：
王丁，教授、博士生导师，主要从事纳米催化材料设计及功能半导体气敏材料等研究。担任Chinese Chemical Letters及Rare Metals青年编委，兼任中国材料研究学会青年工作委员会第十届理事会理事、上海有色金属学会半导体分会理事。主持国家自然科学基金项目3项(青年及面上项目)、上海市自然科学基金面上项目1项、校医工交叉重点课题项目2项、企业横向多项。以第一及通讯作者在Angewandte Chemie-international Edition, Advanced Functional Materials, Analytical Chemistry, Journal of Materials Chemistry A, Nano Letters, Sensors and Actuators B: Chemical, ACS Sensors等顶刊发表二区以上SCI论文80多篇，他引4000余次，H指数36，授权中国发明专利12项。
李贵生，教授（三级）、博士生导师，上海市东方学者、曙光学者，上海理工大学材料与化学学院院长，主要从事环境催化研究工作，基于光/光电环境催化绿色技术，对环境污染物（水和气）进行控制处理与资源化。目前担任中国光化学与光催化专业委员会委员，中国感光学会光催化专业委员会委员，上海市无机化学委员会委员，上海市物理化学委员会副主任，上海市新材料协会副会长等。以通讯或第一作者身份在环境与能源各类重要国际SCI期刊上发表了近130余篇高质量论文，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., Adv. Func. Mater., Environ. Sci. Technol., ACS Nano., Appl. Catal. B-Environ., Nano Energy等，其中有20余篇论文入选全球引用前1%ESI高被引论文，同行他引用达8000余次，h-因子为50。目前完成及主持国家自然科学基金青年、面上项目等，获得中国专利授权11项，获2022年度上海市自然科学二等奖（排名第一），连续两年入选全球前2%“终身影响力顶尖科学家”和“2023年度全球前2%年度影响力顶尖科学家”。
