In2O3一維氣敏帶中Co3O4納米粒子的設計、合成及其氣敏性能研究

DOI: 10.1016/j.snb.2020.127695

開發具有創新設計的氣體傳感器對于傳感器在監測室內空氣質量和工業安全方面的廣泛應用是非常可取的。本文提出了通過將金屬離子和交聯的聚合物靜電紡絲到與氧化鈷（Co3O4）顆粒結合的多孔雜三氧化二銦（In2O3）帶上以顯著提高氣敏性能。對其結構評價進行了系統的探討，并對Co3O4的含量進行了微調。氣敏結果表明，所獲得的空位氧和富氧的In2O3-Co3O4吸附帶對包括丙酮（52，280℃）和甲醛（39，260℃）的揮發性有機化合物（VOCs）表現出顯著的響應。這可以歸因于p型Co3O4的分層多孔異質結構、離子失配和催化性能。這種簡便的方法通過結構和組成工程，為氣敏材料的合理設計提供了依據，有利于氣體分子的吸附和擴散。

圖1.（a）In2O3-Co3O4帶的SEM圖像和（b）XRD圖譜；（c）In2O3-Co3O4中In、Co和O的點樣和（d）元素映射圖；（e）單個In2O3-Co3O4帶的相應理想幾何模型；（f）In2O3-Co3O4帶的TEM、（g）放大的TEM和（h）SAED圖像。

圖2.（a）In2O3帶和（d）Co3O4顆粒的XRD圖譜，（b，c）In2O3帶、（e，f）Co3O4顆粒和（g-i）In2O3-Co3O4帶（S-3）的XPS譜圖。

圖3.（a）圖解說明基于In2O3-Co3O4（S-3）的傳感器在暴露于空氣和氣體中時的合理過程；（b）在甲醛和丙酮氣體下，基于S-3的傳感器的響應與工作溫度的關系；基于In2O3、Co3O4和In2O3-Co3O4（S-3）樣品的傳感器在不同溫度下對200ppm（c）丙酮和（d）甲醛的響應圖；（e）In2O3、Co3O4和In2O3-Co3O4樣品在不同溫度下的相關電阻；（f）基于S-3的傳感器對200ppm不同氣體的選擇性；（g）比較基于S-1、S-2、S-3、S-4、S-5和S-6的傳感器對200ppm丙酮和甲醛的響應。

圖4.基于In2O3-Co3O4的傳感器在最佳溫度下對（a）200ppm、（b）50-200ppm和（c）200ppm丙酮，（d）200ppm、（e）1-20ppm、（f）200ppm甲醛的瞬態響應曲線。

圖5.（a）In2O3-Co3O4帶的能帶結構，（b）基于In2O3-Co3O4帶的傳感器暴露于氣體和丙酮中的的勢壘變化；（c）異質結構In2O3-Co3O4帶的示意圖。