基于分级SnO2/Zn2SnO4多孔球体的高效乙醇气体传感器

文献标题

Highly efficient ethanol gas sensor based on hierarchical SnO2/Zn2SnO4 porous spheres

文献信息

期刊：Sensors and Actuators B: Chemical

影响因子：IF 9.221

发表日期：2018-11-15

DOI：10.1016/j.snb.2018.11.070

单位：State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Key Laboratory of Gas Sensors, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, 2699 Qianjin Street, Changchun, Jilin Province, 130012, China

结果与讨论

通过简单的一步水热法和随后的煅烧过程，成功地制备了层状多孔的SnO2/Zn2SnO4复合材料，且该复合材料由许多直径均匀尺寸约为500nm的多孔纳米球组成。该复合材料的具体的合成过程如图所示。SnO2/Zn2SnO4复合材料的形态结构呈现出均匀的球形结构，分散性良好，直径约为500nm。该球体由等多纳米颗粒组成了具有许多微孔的分等级结构。

气敏测试结果表明：传感器能够对乙醇气体表现出优异的传感性能。最佳操作温度为250°C，对100ppm乙醇的响应为30.5。此外，该传感器在对各种挥发性有机气体（包括乙醇、丙酮、甲醇、甲醛、甲苯和二甲苯）的选择性测试中表现出了良好的乙醇选择性和稳定性。传感器的响应随乙醇气体浓度的增加而增加，其响应值在0.5-5ppm和10-100ppm的乙醇浓度范围内几乎是线性增加的，其在100ppm乙醇浓度下的响应和恢复时间分别为2s和114s。同时，基于此多孔球体的传感器还具有0.5ppm的低检测极限，良好的重复性以及长期稳定性。

多孔SnO2/Zn2SnO4球体优异的气敏性能主要归因于SnO2和Zn2SnO4之间形成的多孔分级结构和异质结。首先，与SnO2/Zn2SnO4、Zn2SnO4和SnO2纳米颗粒相比，具有多孔微观结构的分级SnO2/Zn2SnO4球体可以提供更高的可接近表面并且有利于气体扩散和吸附。更多的表面活性位点可用于吸附的氧气和测试气体之间的反应，从而提高敏感体的利用率。其次，就是Zn2SnO4和SnO2之间形成了异质结。由于Zn2SnO4和SnO2的带隙能量和功函数不同，电子将在两种半导体氧化物之间转移，从而在两者的界面处形成异质结。这一过程将导致复合材料的界面中产生额外的电子耗尽，从而有利于传感性能的提升。该复合材料对乙醇的气敏机理和能带结构如下图所示。

转自：“科研一席话”微信公众号

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