DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.158929
隨著現代社會氫經濟的日益發展，氫氣檢測技術對于預防氫氣積聚引起的爆炸、火災等事故至關重要。在此，通過靜電紡絲工藝合成了In2O3納米粒子（NP）嵌入TiO2納米纖維（NFs），其中添加了水熱合成的In2O3 NPs以制備具有高靈敏度和選擇性的氫氣探測器。合成了嵌入不同量In2O3 NP的幾種TiO2 NF樣品，并測定了它們的傳感特性，以確定對氫氣具有最佳響應的氣體傳感器的組成。結果表明，最佳傳感器由嵌入0.6wt％In2O3 NPs的TiO2 NF組成，并且對1000ppm氫氣的傳感響應比純TiO2 NF傳感器高50倍。此外，它的氫選擇性也得到了改善，除氫氣外，該傳感器對本研究中的其他幾種氣體的響應幾乎可以忽略不計。在此，研究者展示了In2O3 NP嵌入TiO2 NFs的氫敏特性，并探究了它們的工作機理和最佳結構。
圖1.純TiO2 NFs（純TNF）和In2O3 NPs嵌入TiO2 NFs樣品的XRD圖譜（含0.15％In2O3 NPs的TNF，含0.3％In2O3 NPs的TNF，含0.45％In2O3 NPs的TNF，含0.6％In2O3 NPs的TNF，含0.75％In2O3 NPs的TNF）。
圖2.（a）TTIP混合PVP納米纖維和（e）In2O3納米粒子嵌入TTIP混合PVP納米纖維的SEM圖像。（c）和（g）分別為（a）和（e）中呈現的煅燒純TiO2和In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維的SEM圖像。（b），（f），（d），（h）分別是相應納米纖維的放大SEM圖像。
圖3.（a）In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維的低倍放大TEM圖像，（b）放大的高分辨率TEM圖像，包括TiO2和In2O3納米顆粒，以及（c）相應的選定區域電子衍射圖像。
圖4.（a）In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維的掃描TEM圖像，以及相應納米纖維中（b）氧，（c）鈦和（d）銦元素的EDS映射圖。
圖5.（a）純TiO2納米纖維（純TNF）和In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維（含0.6％In2O3 NPs的TNF）的XPS全掃描光譜。（b）相應納米纖維中Ti2p的XPS曲線。（c）In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維中In3d的XPS曲線（含0.6％In2O3 NPs的TNF）。（d）純TiO2納米纖維（純TNF）和In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維（含0.6％In2O3 NPs的TNF）中O1s的XPS曲線。
圖6.純和In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維的氫傳感響應與工作溫度的函數關系，間隔為25℃。
圖7.（a）純TNF，（b）含0.15％In2O3 NPs的TNF，（c）含0.3％In2O3 NPs的TNF，（d）含0.45％In2O3 NPs的TNF，（e）含0.6％In2O3 NPs的TNF和（f）含0.75％In2O3 NPs的TNF在200℃下對1000ppm氫氣的動態響應和恢復曲線，及其響應和恢復時間。
圖8.（a）分別總結了純和In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維基傳感器的氫傳感響應，以及（b）相應的log（S-1）與log（C）曲線。（c）傳感器的傳感響應和（d）恢復時間與施加的氫濃度的關系。
圖9.不同含量In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維基傳感器對各種化學氣體的氣體傳感響應。
圖10.含0.6％In2O3 NPs的TNF對1000ppm氫氣與不同濃度（a）苯，（b）氨，（c）一氧化碳，（d）甲烷和（e）二硫化氫的混合物的動態響應曲線。
圖11.（a）含0.6％In2O3 NPs的TNF在20個循環期間對1000ppm氫氣的可重復性，（b）純和In2O3納米粒子嵌入TiO2納米纖維基傳感器在一個月中的長期穩定性。
圖12.單晶TiO2納米纖維暴露于（a）空氣和（b）環境氫中的示意圖，以及（c-d）在相同條件下多晶TiO2納米纖維的電結構。
圖13.嵌入In2O3納米粒子的多孔和多晶TiO2納米纖維暴露于（a）空氣和（b）環境氫中的電結構。
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