用于三乙胺气体传感的1D Zn2SnO4纳米线和2D ZnO纳米片混合分等级结构的制备

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文献标题

Fabrication of 1D Zn2SnO4 nanowire and 2D ZnO nanosheet hybrid hierarchical structures for use in triethylamine gas sensor

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文献信息

期刊：Sensors and Actuators B: Chemical

影响因子：IF 9.221

发表日期：2019-04-13

DOI：10.1016/j.snb.2019.04.009

单位：School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, People's Republic of China

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文献内容

由一维的Zn2SnO4与二维的ZnO成功合成了杂化分层结构

ZTO-ZnO杂化结构在检测TEA中表现出优异的气敏性能

提出了ZTO-ZnO杂化结构的传感机理

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结果与讨论

通过简单的水热法以及后续的煅烧处理，成功地合成了由一维Zn2SnO4纳米线和二维ZnO纳米片组成的独特的Zn2SnO4–ZnO分级结构。该分级结构如图所示，Zn2SnO4纳米线桥接在ZnO纳米片上，纳米线与纳米片相连接，且纳米线的直径测量值大约为36.6nm，2D纳米片和1D纳米线晶面间距分别为0.285nm和0.305nm。这种独特的分级结构可以为目标气体吸附提供丰富的活性位点，并为电子转化提供适当的能带结构，从而有利于优越的气体传感性能。

与纯ZnO和纯ZTO相比，所制备的ZTO–ZnO分级结构在高传感器响应、低最佳操作温度和良好的选择性方面对TEA表现出增强的气体传感性能，具体表现如下：ZTO–ZnO传感器的最佳工作温度为200°C，远低于纯ZTO和ZnO传感器。在200°C下，ZTO–ZnO传感器对100 ppm TEA的响应为175.5，分别比纯ZTO（3.7）和ZnO（5.7）传感器高约47.4倍和30.8倍。综合考虑TEA分子由三个与C–N带相连的乙基组成，其可以在传感器表面具有良好的吸附性，因而该传感器能够对TEA具有优异的选择性。在10–200 ppm的TEA浓度检测范围内，ZTO–ZnO传感器电阻变化幅度比纯ZTO和ZnO传感器大得多，这就表明了ZTO–ZnO传感器的TEA响应有所增强。该传感器对TEA的检测限可以低至400ppb，其对100ppm的TEA的响应和回复时间分别为13 s和189 s。

与纯ZnO相比，ZTO–ZnO分级结构对TEA表现出增强的气敏性能。这可归因于ZTO–ZnO分级结构的高比表面积、独特的桥接微观结构和适当的能带结构。首先，ZTO–ZnO分级结构的比表面积（19.11 m2·g−1）远高于纯ZnO纳米片的比表面积（12.49 m2·g−1）。高比表面积有利于气体吸附，并为TEA传感提供了更多的活性位点，从而提高其传感性能。其次，独特的分级结构有利于ZnO纳米片之间的电子转移。该分级结构由1D ZTO纳米线和2D ZnO纳米片组成， ZTO纳米线桥接不同ZnO纳米片之间的空间。电子不仅很容易在ZnO纳米片内转移，而且很容易在不同的纳米片之间转移。这些电子转移有利于空间电荷层和电子耗尽层的形成，从而产生高的传感性能。最后，ZTO纳米线和ZnO纳米片之间存在异质界面。电子能够从ZTO的导带转移到ZnO的导带，并且在转移过程中在ZTO区域中形成厚电子耗尽层，并且在ZnO表面上形成电荷累积层。因此，与纯ZnO相比，ZTO–ZnO表面捕获了更多的电子，产生了更多的氧，从而增强了气敏性能。

转自：“科研一席话”微信公众号

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