用于高靈敏度CO檢測的金功能化的SnO2/In2O3納米纖維的機理和特性

DOI：10.1016/j.jallcom.2019.153475 

在這項研究中，采用靜電紡絲法制備了SnO2摻雜In2O3納米纖維，并通過TGA、XRD、SEM、TEM和XPS進行了一系列分析。然后將金納米顆粒濺射到納米纖維上，用于一氧化碳（CO）氣體傳感器。氣敏結果表明，金涂層的4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維在20秒（金粒徑約14±3 nm）具有最佳的CO傳感響應。最佳CO氣體響應為29.2%，具有良好的回收率和重現性。

圖1.不同摻雜濃度（a）0、（b）2、（c）4、（d）6和（e）8 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維在600℃退火2小時后的SEM圖；（f）在叉指電極上靜電紡絲4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維的SEM圖像。

圖2.不同摻雜濃度0、2、4、6和8 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維的XRD圖譜。

圖3.（a）4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維的LR-TEM、（b）HR-TEM、（c）和（d）EDS分析。

圖4.（a）不同質量分數SnO2摻雜In2O3納米纖維在200℃下用50 ppm CO進行傳感；（b）4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維在不同工作溫度下進行傳感；（c）4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維在不同CO濃度下傳感的動態響應圖；（d）4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維氣體傳感器的重現性和穩定性試驗。

圖5.（a）用金納米粒子涂覆10-60s的4 wt% SnO2摻雜的In2O3納米纖維，及其在200℃下用50 ppm CO氣體進行傳感；（b）工作溫度為200℃時，金涂覆20s的4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維在10、25、50和100 ppm的CO氣體中傳感的動態響應圖；（c）在CO濃度為50 ppm和工作溫度為200℃的情況下進行的五次連續動態測試的變化。（為了解釋本圖圖例中對顏色的引用，讀者可以參考本文的Web版本。）

圖6.涂覆金納米粒子的4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維（a）10、（b）20、（c）40和（d）60s的SEM圖像。

圖7.CO氣敏前后（a）銦3d區、（b）錫3d區和（c）O 1s的XPS分析。

圖8.（a）4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維和（b）Au-4 wt% SnO2摻雜In2O3納米纖維的氣敏機理示意圖。

圖9.平衡前Au-4 wt% SnO2摻雜In2O3體系的能帶圖。