DOI:10.1021/acsanm.0c00896
研究者基于石英晶體微天平（QCM）平臺，利用電紡聚醋酸乙烯酯（PVAc）納米纖維進行功能化，并摻雜各種有機酸（如草酸、酒石酸和檸檬酸）制備了高靈敏度、高選擇性的氨氣傳感器。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）和傅立葉變換紅外（FTIR）光譜確認了QCM頂部納米纖維基活性層的結構和化學表面狀況。發現摻有檸檬酸的PVAc納米纖維基QCM傳感器的靈敏度最高（2.95 Hz/ppm），其檢測限（LOD）低至亞ppm級（550 ppb）。該材料還具有良好的選擇性、快速響應、較短的恢復時間和良好的重復性。這種基于納米纖維化學修飾的簡單且低成本的替代解決方案能夠在許多領域（包括智能電子鼻應用）提高QCM基氨氣傳感器的性能。
圖1.石英微天平（QCM）芯片上的有機酸摻雜聚醋酸乙烯酯（PVAc）納米纖維的示意圖（上）。使用由振蕩器和頻率計數器（底部）組成的數據采集（DAQ）系統對氨氣傳感配置進行說明。
圖2.所制備的納米纖維基傳感表面的SEM圖像（左），AFM圖像的3D和2D俯視圖（中）以及橫截面輪廓（右）：（a）PVAc、（b）PVAc/OA、（c）PVAc/TA和（d）PVAc/CA。
圖3.純PVAc和酸摻雜的PVAc納米纖維的FTIR光譜：（a）PVAc/OA、（b）PVAc/TA以及（c）PVAc/CA。（d）濕度校正前后，暴露于200 ppm氨氣中的PVAc/CA QCM傳感器的頻移。（e）PVAc/TA和（f）PVAc/CA QCM傳感器暴露于遞增氨氣濃度的頻率偏移。
圖4.在暴露于不同濃度氨氣的過程中，涂覆有（a，b）PVAc/TA和（c，d）PVAc/CA納米纖維的QCM傳感器的頻移。（e）用PVAc/酸納米纖維功能化的QCM基氨氣傳感器的靈敏度（S）和（f）歸一化值。
圖5.（a）PVAc/CA納米纖維的SEM圖像及其預測的表面羧基-氨相互作用。（b）暴露于200 ppm氨氣下的PVAc/CA納米纖維傳感器的重復三循環和（c）一循環動態響應，顯示其測定的響應和恢復時間。（d）暴露于固定100 ppm濃度的不同分析物的QCM傳感器的頻移。（e）對于不同分析物類型，PVAc/酸摻雜納米纖維傳感器與非摻雜傳感器的頻移比。（f）氨氣傳感器對其他分析物的交叉敏感率。
