吉林大學張彤Sens Actuators B Chem.：殼層厚度對殼核纖維氣敏性能的影響

DOI: 10.1016/j.snb.2021.129456

在本研究中，采用同軸靜電紡絲技術制備了具有不同殼層厚度的Cr2O3-TiO2核殼纖維（Cr-Ti CS-Fs）。通過優化TiO2殼層厚度，提高了Cr-Ti CS-Fs對丙酮的氣敏性能。隨著TiO2殼層厚度的增加，Cr-Ti CS-Fs對丙酮的響應由p型轉變為n型。此外，Cr2O3-TiO2異質結的形成使氣敏傳感器對目標氣體具有較短的響應時間和恢復時間。本文還探討了核殼結構纖維氣敏性能提高的可能機理。

圖1.Cr-Ti CS-Fs的形成示意圖。插圖：Cr-Ti CS-1.0的示意圖和TEM圖像。

圖2.Cr2O3-Fs，TiO2-Fs，Cr-Ti CS-x（x=0.25、0.5、1.0、1.5、2.0）基傳感器的示意圖。插圖：TiO2-Fs的示意圖和FESEM圖像。

圖3.（a）Cr2O3-Fs，（b-f）Cr-TI CS-x（x=0.25、0.5、1.0、1.5、2.0）和（g）TiO2-Fs的XRD光譜。

圖4.（a）Cr2O3-Fs，（b）Cr-TI CS-0.25，（c）Cr-TI CS-0.5，（d）Cr-TI CS-1.0，（e）Cr-TI CS-1.5，（f）Cr-TI CS-2.0，（g）TiO2-Fs的FESEM圖像。

圖5.（a）TiO2-Fs，（b）Cr-Ti CS-0.25，（c）Cr-Ti CS-0.5，（d）Cr-Ti CS-1.0，（i）Cr2O3-Fs的TEM圖像，（e-h）Cr-TI CS-1.0的STEM圖像，以及Cr、Ti和O元素映射。

圖6.殼厚度隨TBOT含量變化的曲線圖。

圖7.（a）不同工作溫度下的傳感器響應，（b）在最佳工作溫度下，Cr-Ti CS-x（x=0.25、0.5、1.0，1.5、2.0）、TiO2-Fs和Cr2O3-Fs基傳感器對50ppm不同氣體的選擇性。

圖8.（a-h）瞬態響應曲線以及（i）Cr2O3-Fs基、TiO2-Fs基和Cr-Ti CS-x（x=0.25、0.5、1.0、1.5、2.0）基傳感器在最佳工作溫度下對10-100ppm丙酮的靈敏度與丙酮濃度之間的關系。

圖9.在最佳工作溫度下，Cr2O3-Fs基、TiO2-Fs基和Cr-Ti CS-x（x=0.25、0.5、1.0、1.5、2.0）基傳感器對50ppm丙酮的響應/恢復時間。

圖10.Cr-Ti CS-0.5基傳感器在230℃下對50ppm丙酮響應的（a）重復性試驗，（b）長期穩定性測試，（c）濕度變化對基線的影響，（d）濕度變化對傳感性能的影響。

圖11.Cr-Ti CS-0.5基傳感器在230℃下對（a）10ppm NO2，（b）100ppm NO2，（c）50ppm丙酮（存在10ppm NO2），（d）50ppm丙酮的響應。

圖12.具有不同殼厚度的（a）Cr2O3-Fs，（b）TiO2-Fs和（c-d）Cr-Ti CS-Fs基傳感器的氣敏原理。

圖13.（a）Cr2O3-Fs和（b）TiO2-Fs的UPS測量。

圖14.（a-b）Cr2O3-Fs和（c-d）TiO2-Fs的UV-Vis透射光譜。

圖15.（a）Cr2O3和TiO2以及（b）Cr2O3-TiO2異質結的能帶結構圖。