DOI:10.1088/1361-6528/ab98bb
在這項工作中，研究者報告了自發形成的NiO納米粒子修飾在光滑的SnO2納米纖維上，這是一種廉價且可擴展的方法，可通過基于靜電紡絲和水熱法的簡單兩步合成工藝來獲得較高的復合材料比表面積。氧化鎳質子傳導電解質均勻地沉積在透明溶液中的大表面積上，混合并裝飾在二氧化錫納米纖維上，如電紡納米纖維的橫截面成像所示。基于納米粒子修飾纖維的復合材料可擴大暴露電解質的表面積，從根本上改善整體的氣體傳感性能。使用XRD、SEM、TEM、HRTEM、EDX和光電子（XPS）光譜對NiO/SnO2基樣品的晶體結構、形態和理化表面狀態進行了全面的研究。基于NiO/SnO2納米粒子修飾纖維的復合材料表現出良好的介孔特性，具有較大的比表面積，這對于高性能氣體傳感器而言至關重要。結果表明，NiO/SnO2納米粒子修飾纖維的平均直徑為180-260nm，其中纖維的平均長度約為1.5μm。NiO/SnO2納米粒子修飾纖維的復合材料基異質結增強了氧分子的吸附，在約160℃的最佳溫度下，該傳感器表現出對乙醇氣體的快速響應、良好的選擇性和較快的恢復速度。基于傳感器的復合NiO/SnO2納米粒子修飾纖維在160℃的低溫下對100ppm乙醇氣體的最大靈敏度響應為23.87，這大約是純SnO2納米纖維的7.2倍。基于NiO/SnO2納米粒子修飾纖維的復合材料具有優異的氣敏性能，這可能是由于小尺寸NiO納米粒子對光滑SnO2納米纖維的催化作用增強，以及NiO和SnO2異質結構之間的p/n異質結效應。
圖1.純SnO2（黑色）的衍射圖和分別在300℃、400℃、500℃和600℃下煅燒的復合材料基NiO/SnO2的XRD測量結果的比較。
圖2.（a）純SnO2納米纖維的SEM圖像。（b）–（d）基于NiO/SnO2的復合材料的高倍和低倍SEM圖像，（e）–（g）基于NiO/SnO2顆粒修飾纖維的復合材料的TEM圖像，（g）中的插圖顯示其高分辨率放大，（h）基于NiO/SnO2樣品的復合材料的HRTEM圖像。
圖3.NiO/SnO2納米粒子修飾納米纖維的XPS全掃描光譜，（a）純和復合材料的高分辨率Sn 3d光譜，（b）NiO/SnO2復合材料的Ni 2p精細光譜，（c）–（d）原始SnO2纖維和基于NiO/SnO2納米粒子修飾纖維復合材料的O 1s XPS光譜。
圖4.（a）純SnO2傳感器和基于NiO/SnO2納米粒子修飾纖維復合材料對各種工作溫度的響應，（b）NiO/SnO2對100ppm不同氣體的響應，（c）在160℃的最佳溫度下，NiO/SnO2復合材料對乙醇濃度的實時傳感響應，（d）在160℃的工作溫度下，NiO/SnO2對不同乙醇濃度的傳感響應，其中實線表示線性多項式擬合曲線的實驗數據。
圖5.（a）相對濕度響應曲線，（b）基于NiO/SnO2納米顆粒修飾纖維的500℃退火復合材料在160℃下對C2H5OH的長期穩定性。
圖6.（a）當被（空氣）、（b）目標（乙醇）氣體包圍時，復合材料基NiO/SnO2異質結的擬議傳感機制。（c，d）大氣中的純（NiO）和（SnO2）能帶結構以及乙醇中NiO/SnO2異質結構的能帶結構。
