生物模板杨絮增强中空SnO2纤维的丙酮传感性能

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文献标题

Enhanced acetone sensing properties of hollow SnO2 fibers using poplar catkins as a bio-template

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文献信息

期刊：Powder Technology

影响因子：IF 5.2

发表日期：2019-02-01

DOI：10.1016/j.powtec.2018.12.020

单位：College of Material Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China

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结果与讨论

Xueying Zhang等人使用具有低密度和独特中空纤维的杨柳絮为生物模板，采用溶剂热法合成了平均晶粒尺寸为6.1±0.5nm、比表面积为110.1m2/g且孔径集中在4.9nm分布的介孔中空SnO2纤维。该材料的形成过程如图所示：首先，将采摘的杨絮模板在NaOH水浴（80℃）中处理3h，经去离子水多次洗涤后将含有SnCl4·5H2O的溶液加入其中搅拌。在此过程中，使用0.1M的NaOH调节体系PH至9，随后将其转移至反应釜中进行水热反应，经离心、干燥和煅烧（600℃）处理得到最终的中空SnO2纤维。

基于杨絮模板表面大量的天然条纹和缺口，Sn4+可以很好的被其吸收，然后与OH-结合形成Sn(OH)4，并在后续的溶剂热反应中获得由SnO2纳米颗粒组成的中空SnO2纤维。在后续的煅烧过程中，随着高活性纳米SnO2的生长和碳的消失，纤维开始出现畸变，SnO2纤维发生横向断裂，多孔中空结构出现轻微坍塌。如图所示，将600℃煅烧前后SnO2材料的SEM图进行对比，可以发现煅烧前后制备的SnO2纤维的直径匹配良好，且都保持了杨絮的天然原始纤维结构。

天然生物模板法与溶剂热法的结合，提高了所制备SnO2纤维的气敏性能。与其他挥发性有机化合物（甲醇、乙醇、氨水、正丁醇和醋酸）相比，该传感器对丙酮具有最佳的灵敏度和选择性。该SnO2中空纤维对丙酮的最佳操作温度为100°C，在此温度下对10ppm丙酮表现出80.0的响应值，9.4min和11.5min的响应和恢复时间。值得注意的是，所制备的SnO2对低浓度的丙酮（1ppm）也表现出了不错的响应，响应值可达到7.0，具有较低的检测限。

SnO2中空纤维传感机理如图所示，当暴露在空气中时，O2被吸附到制备的SnO2纤维的内外表面，引起材料电阻和耗尽层厚度的增加。当传感器暴露于丙酮中时，由于检测气体和吸附氧之间的反应，耗尽层宽度减小，电子被释放回到材料导带中，传感器电阻降低。此过程中，电子传导通道变宽的同时也有助于提高比表面积和增加化学吸附氧的量。因此，SnO2中空纤维气体传感器的气体传感性能显著增强。

转自：“科研一席话”微信公众号

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