NO2是大氣中有毒、有害的氣體之一，是酸雨和光化學煙霧的前體。它是由燃料燃燒產生的，對生活環境造成了嚴重的有害影響。因此，迫切需要開發高靈敏度、低檢測限的NO2氣體傳感器。目前，各種納米結構的金屬氧化物半導體，如SnO2、ZnO、WO3和TiO2，因其成本低、操作簡單和無毒作為NO2傳感材料被廣泛研究。其中，氧化鎢是一種寬帶隙 (2.6 ~ 3.2 eV) 的n型半導體，因其成本低、靈敏度高、重復性好而被認為是一種很有前途的NO2傳感材料。然而，由于一些WO3納米結構的導電性較差，WO3氣體傳感器的工作溫度通常在200℃以上。解決這一問題的一般策略是用貴金屬 (Au、Ag和Pt) 進行表面功能化然而，該方法并不總是**的，因為貴金屬顆粒容易發生催化中毒，貴金屬改性增加了制備成本。另一種方法是通過制備分級納米結構來增加它們的表面體積比。分級WO3納米結構可以增加NO2分子的活性吸附位點，這些薄的結構單元可以提供**的電子傳遞途徑。

圖文解析

圖1 硫脲濃度為0、0.05、0.1和0.2 M的前驅體制備的樣品的XRD圖

圖2  硫脲濃度為0、0.05、0.1和0.2 M的前驅體制備的樣品的SEM圖像

前驅體中未添加硫脲合成的樣品為正交晶相WO3?0.33H2O。隨著前驅體硫脲濃度的增加，樣品的正交晶WO3?0.33H2O的 (111) 峰衍射強度逐漸減小。當前驅體硫脲濃度為0.2M制備樣品的物相為六方晶型WO3。由XRD結果可以得出，通過前驅體中硫脲的濃度來調節樣品的晶相。另外，由SEM結果表明，前驅體中硫脲的濃度可以調節樣品的形貌和微觀組織。因此，陰離子表面活性劑通過限制晶體在特定方向上的生長，在聚集過程中既充當結構引導劑，又充當形貌引導劑。

圖3 基于前驅體硫脲濃度為0.05、0.1和0.2 M制備的樣品的傳感器的I-V特性

由傳感器的I-V特性曲線可知，前驅體硫脲濃度為0.2 M制備樣品的傳感器表現出良好線性歐姆關系和較優電導性。因此，在接下來的表征和氣敏測試中，選用含0.2 M硫脲前驅體合成的WO3納米網作為傳感材料。

圖4 WO3納米網傳感器在160℃下對NO2 (500 ppb) 以及其它幾種氣體如C2H6O (10 ppm)、NH3 (10 ppm)、CO (50 ppm) 和H2S (5 ppm) 的響應

圖4顯示了基于WO3納米網的傳感器對NO2 (500 ppb)、C2H6O (10 ppm)、NH3 (10 ppm)、CO (50 ppm) 和H2S (5 ppm) 的響應。與其它氣體相比，WO3納米網傳感器對NO2的響應顯著，盡管其它氣體的濃度更高。因此，可以得出結論，所制備的WO 3納米網傳感器對NO2表現出**的選擇性。

圖5  WO3納米網傳感器的氣敏機制示意圖：(a) 空氣中；(b) NO2中

圖5顯示了用于WO3納米網傳感器的NO2傳感機制的示意圖。在空氣中，氧氣在低溫 (<200℃) 下吸附在WO3納米網的表面上形成吸附氧，奪取了WO3表面自由電子，使WO3表面形成電子耗盡層。當WO3納米網暴露在NO2氣體中時，NO2分子奪取WO3表面電子的能力更強，表面電子耗盡層進一步增寬。由WO3納米線組成的WO3納米網可以提供比常規塊狀材料更高的比表面積，從而為氣體提供更多的表面吸附位。此外，高純度單晶納米線促進了電子轉移，也提高了WO3納米網的NO2傳感性能。高性能的分級結構的WO3納米網傳感材料的設計，為其它寬帶隙金屬氧化物傳感器的開發提供借鑒。

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以上內容來自齊岳小編zzj 2021.4.12