超灵敏钇改性氧化锡薄膜亚ppb级NO2探测器
2023/3/20 15:27:54 阅读：105 发布者：
一、文献题目：
Ultrasensitive yttrium modified tin oxide thin film based sub-ppb level NO2 detector
二、文献信息：
期刊：Sensors and Actuators B: Chemical
影响因子：IF 9.221
发表日期：2020-12-02
DOI：10.1021/acsami.0c12259
单位：Department of Physics, Guru Nanak Dev University, Amritsar, 143005, India
三、文献内容：
1、Undoped and Y-doped SnO2 thin films-based gas sensors have been fabricated.
2、Highly reactive in-plane oxygen vacancies were created due to Y-doping.
3、For 3 wt% Y-doped SnO2 sensor, enhanced room-temperature selectivity and high response was obtained towards NO2.
4、The fabricated sensors were able to detect sub-ppb level of NO2.
四、结果与讨论
通过共沉淀的方法合成了纯的、1、3和5wt%Y掺杂的SnO2纳米颗粒，制造了具有亚ppb检测极限的SnO2薄膜室温（RT）传感器。如图所示，纯SnO2膜由相互连接的晶粒组成且是光滑的，随着Y掺杂量的增加，晶粒开始分离并且尺寸减小。此外，Y的过量掺杂会破坏薄膜的颗粒结构从而出现颗粒团聚。根据1PS、1YS、3YS和5YS的SnO2膜的XRD表征，Y3+取代了主体晶格中较小的Sn4+：掺杂膜中的峰值强度随着掺杂含量的增加而显著降低，峰位置向低角度移动，峰宽度变宽。
在SnO2中掺杂合适量的Y能够增加氧空位（OV）的数量，从而促进大气氧分子的吸附，进而增强传感响应。如图所示，不同Y掺杂量的SnO2膜的O 1S的XPS光谱可以去卷积为OⅠ、OⅡ、OⅢ峰，分别对应于晶格氧、空位氧（OV）和化学吸附氧物种。其中，OV以及化学吸附氧的相对量取决于SnO2膜中Y的浓度。当Y掺杂量为3 wt%时，样品中的OV的量从未掺杂时的6.01%增加到10.81%。
纯的和Y掺杂SnO2膜的气敏测试结果如下：在室温下，所有传感器的响应随着Y掺杂而增强，对于3%的Y掺杂传感器响应达到峰值。与50或150nm厚的膜相比，100nm厚的基于膜的传感器显示出更高的灵敏度。Y3+离子的掺入能够促进NO2分子在SnO2表面上的吸附和解吸，其中基于100nm膜厚度的传感器（3YS）表现出了1445%的最高响应值。该传感器在室温下对100ppm NO2的响应和恢复时间分别为8min和12min，检测限为0.6ppb。在高湿度水平下，传感器的响应值、响应和恢复时间仍能保持稳定，在实际应用中具有很高的潜力。
转自：“科研一席话”微信公众号
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