基于三氧化钨-氧化镍复合材料的超灵敏气体传感器

金属氧化物半导体 (MOS) 材料因其广泛的可用性和对低 ppm 浓度气体的高灵敏度而被广泛应用于气体传感和环境保护。三氧化钨 (WO3) 是一种 n 型半导体材料，对有毒气体具有良好的传感响应 由于其独特的特性，例如在吸收波长 480 nm 处的宽带隙 (2.6–3.2 eV)，已成为一种广泛研究的材料。与其他无机半导体氧化物相比，WO3 材料有其局限性，如工作温度高（200-400°C）、低选择性和高功耗。最近，通过将纳米金属氧化物半导体（n 型）材料与导电聚合物（p 型）混合制备的混合纳米复合材料在室温下表现出优异的气敏响应。

中空微/纳米结构由于其独特的结构特性而在许多当前和新兴技术领域令人着迷，在锂电池、催化、生物医学和气体传感器中具有广泛的应用。因此，在这项工作中，使用简单的一锅无模板水热方法合成中空的三氧化钨 - 氧化镍（WO3-NiO）纳米花。成功制备了基于 WO3-NiO 纳米复合材料的超灵敏气体传感器，10at% WO3-NiO 基气体传感器表现出最好的二甲苯传感性能。其制备过程如下：

所有涉及的化学试剂均为分析纯，无需进一步纯化即可直接使用。采用无模板水热方法制备具有不同 W/Ni 比（W/Ni 分别为 0、5、10、15 和 20at%）的 WO3-NiO 样品。具体而言，首先称取2mmol NiCl2·6H2O，在室温下连续磁力搅拌下，将其溶于烧杯中的30mL去离子水中。然后将不同量(分别为0、0.1、0.2、0.3和0.4mmol) 的WCl6和2mmol的六亚甲基四胺 (HMT)加入烧杯中。约五分钟后，将2mL乙醇胺滴入混合溶液中。接下来，在室温磁力搅拌20分钟后，将最终溶液转移到45mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，在160°C加热12小时。当高压釜冷却至室温后，将所得沉淀物用乙醇和去离子水交替冲洗和离心数次，并将沉淀物在80°C下干燥过夜。最后，通过将上述沉淀物在 400°C 下在空气中退火 2 小时，制备纯 NiO（0at%）、5、10、15 和 20at% WO3-NiO 样品。

总之，基于三氧化钨-氧化镍复合材料的超灵敏气体传感器已成功制备。基于 10at% WO3-NiO 的气体传感器显示出最佳的二甲苯传感性能，显示其在快速、灵敏和选择性二甲苯检测方面的潜在应用。具体而言，基于 10at% WO3-NiO 的气体传感器在暴露于 50 ppm 二甲苯后响应和恢复速度快，灵敏度比纯 NiO 传感器高 228.8 倍（354.7）。此外，该传感器显示出超低的检测限 (1.5–50ppb) 和对二甲苯的出色选择性，对干扰气体（例如二甲苯/S乙醇 = 10.3）的交叉响应低。

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