使用偏鎢酸銨製備並基於WO3-Au納米纖維的高敏氣體傳感器

WO3對NO2檢測具有極高的靈敏度,一直是氣體傳感器塗層的理想材料。 WO3 作為氣體傳感器、光催化劑和電致變色器件的潛在應用受到了相當多的關注。也有報導稱,在WO3中摻雜另一種氧化物會導致半導體異質結的形成,從而可以有效提高塗層的氣體敏感性。
 
減小傳感材料的尺寸是提高傳感靈敏度的常規途徑。這主要是由於在這種情況下實現的大表面積與體積比導致更多可用的表面反應位點用於吸收氣體物質。為了提高傳感性能,基於 WO3-Au 納米纖維的高敏氣體傳感器由偏鎢酸銨製備,在 500 ppm 的正丁醇濃度下達到 515.2 的高傳感響應。 WO3-Au納米纖維的合成過程如下:
 
基於WO3的氣體傳感器圖片
 
靜電紡絲方法用於合成 WO3 NF。在典型的程序中,將 10 g 聚乙烯醇(PVA,[C2H4O]n,Mw ∼ 72,000 g mol−1,≥99%)溶解在 90 g H2O 中,並在 80 °C 下攪拌 12 h 得到 PVA /H2O 均質溶液。然後將 1g 偏鎢酸銨(AMT,≥99.9%)與 10ml 之前的溶液混合,得到 PVA:AMT 的重量比為 1:1。為確保良好的混合物均勻性,然後將所得溶液在室溫下攪拌 6 小時。
 
典型的靜電紡絲裝置由收集器、塑料注射器、21 ga 不銹鋼針和高壓電源(Iseg Co. 的高壓電源,T1CP 300 304 p,0-30 kV)組成。將製備好的靜電紡絲溶液裝入註射器中。從針尖到收集器的工作距離為 10 cm。進料速率為 0.2 ml h-1,由注射泵 (KDS-100) 控制。在這些工作條件下,1 kV cm-1 的電場導致穩定的射流。將初紡的 AMT-PVA 複合納米纖維收集在鋁膜上,然後將收集的納米纖維在環境空氣中以 3 °C min-1 的加熱速率在 500 °C 下退火 2 h,然後在爐中冷卻以獲得純的 WO3 NFs。
 
WO3-Au複合材料合成圖片
 
WO3-Au 複合納米纖維是使用一種簡便的方法通過靜電紡絲結合包括金鹽還原在內的兩步退火處理來實現的。首先,將初紡 AMT-PVA 複合納米纖維在 200 °C 下在環境空氣中穩定 2 小時。其次,通過沉積一定體積的溶液或將樣品浸入溶液中,用金溶液浸漬穩定的複合 NF。後者的濃度調整為 0.1 M。樣品中剩餘的確切體積尚未確定,但通過電感耦合等離子體發射光譜法 (ICP) 測量了生成和沈積在 WO3 NF 上的金的確切含量。最後,在 500°C 下進行 2 小時的煅燒步驟,不僅去除聚合物部分,而且還減少金鹽並獲得 Au NPs。
 
總之,基於 WO3-Au 納米纖維的高靈敏度氣體傳感器已由偏鎢酸銨製備,在 500 ppm 的正丁醇濃度下達到 515.2 的高傳感響應。在 500 ppm 的正丁醇濃度下,傳感響應高達 515.2,與純 WO3 傳感器的響應(S = 8.5)相比,高出約 60 倍。

 

 

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