基於三氧化鎢-氧化鎳複合材料的超靈敏氣體傳感器

金屬氧化物半導體 (MOS) 材料因其廣泛的可用性和對低 ppm 濃度氣體的高靈敏度而被廣泛應用於氣體傳感和環境保護。三氧化鎢 (WO3) 是一種 n 型半導體材料，對有毒氣體具有良好的傳感響應 由於其獨特的特性，例如在吸收波長 480 nm 處的寬帶隙 (2.6–3.2 eV)，已成為一種廣泛研究的材料。與其他無機半導體氧化物相比，WO3 材料有其局限性，如工作溫度高（200-400°C）、低選擇性和高功耗。最近，通過將納米金屬氧化物半導體（n 型）材料與導電聚合物（p 型）混合製備的混合納米複合材料在室溫下表現出優異的氣敏響應。

中空微/納米結構由於其獨特的結構特性而在許多當前和新興技術領域令人著迷，在鋰電池、催化、生物醫學和氣體傳感器中具有廣泛的應用。因此，在這項工作中，使用簡單的一鍋無模板水熱方法合成中空的三氧化鎢 - 氧化鎳（WO3-NiO）納米花。成功製備了基於 WO3-NiO 納米複合材料的超靈敏氣體傳感器，10at% WO3-NiO 基氣體傳感器表現出最好的二甲苯傳感性能。其製備過程如下：

所有涉及的化學試劑均為分析純，無需進一步純化即可直接使用。採用無模板水熱方法製備具有不同 W/Ni 比（W/Ni 分別為 0、5、10、15 和 20at%）的 WO3-NiO 樣品。具體而言，首先稱取2mmol NiCl2·6H2O，在室溫下連續磁力攪拌下，將其溶於燒杯中的30mL去離子水中。然後將不同量(分別為0、0.1、0.2、0.3和0.4mmol) 的WCl6和2mmol的六亞甲基四胺 (HMT)加入燒杯中。約五分鐘後，將2mL乙醇胺滴入混合溶液中。接下來，在室溫磁力攪拌20分鐘後，將最終溶液轉移到45mL內襯聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜中，在160°C加熱12小時。當高壓釜冷卻至室溫後，將所得沉澱物用乙醇和去離子水交替沖洗和離心數次，並將沉澱物在80°C下乾燥過夜。最後，通過將上述沉澱物在 400°C 下在空氣中退火 2 小時，製備純 NiO（0at%）、5、10、15 和 20at% WO3-NiO 樣品。

總之，基於三氧化鎢-氧化鎳複合材料的超靈敏氣體傳感器已成功製備。基於 10at% WO3-NiO 的氣體傳感器顯示出最佳的二甲苯傳感性能，顯示其在快速、靈敏和選擇性二甲苯檢測方面的潛在應用。具體而言，基於 10at% WO3-NiO 的氣體傳感器在暴露於 50 ppm 二甲苯後響應和恢復速度快，靈敏度比純 NiO 傳感器高 228.8 倍（354.7）。此外，該傳感器顯示出超低的檢測限 (1.5–50ppb) 和對二甲苯的出色選擇性，對乾擾氣體（例如二甲苯/S乙醇 = 10.3）的交叉響應低。

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