使用偏钨酸铵制备基于WO3-Au纳米纤维的高敏气体传感器

WO3对NO2检测具有极高的灵敏度,一直是气体传感器涂层的理想材料。 WO3 作为气体传感器、光催化剂和电致变色器件的潜在应用受到了相当多的关注。也有报道称,在WO3中掺杂另一种氧化物会导致半导体异质结的形成,从而可以有效提高涂层的气体敏感性。
 
减小传感材料的尺寸是提高传感灵敏度的常规途径。这主要是由于在这种情况下实现的大表面积与体积比导致更多可用的表面反应位点用于吸收气体物质。为了提高传感性能,基于 WO3-Au 纳米纤维的高敏气体传感器由偏钨酸铵制备,在 500 ppm 的正丁醇浓度下达到 515.2 的高传感响应。 WO3-Au纳米纤维的合成过程如下:
基于WO3的气体传感器图片
 
静电纺丝方法用于合成 WO3 NF。在典型的程序中,将 10 g 聚乙烯醇(PVA,[C2H4O]n,Mw ∼ 72,000 g mol−1,≥99%)溶解在 90 g H2O 中,并在 80 °C 下搅拌 12 h 得到 PVA /H2O 均质溶液。然后将 1g 偏钨酸铵(AMT,≥99.9%)与 10ml 之前的溶液混合,得到 PVA:AMT 的重量比为 1:1。为确保良好的混合物均匀性,然后将所得溶液在室温下搅拌 6 小时。
典型的静电纺丝装置由收集器、塑料注射器、21 ga 不锈钢针和高压电源(Iseg Co. 的高压电源,T1CP 300 304 p,0-30 kV)组成。将制备好的静电纺丝溶液装入注射器中。从针尖到收集器的工作距离为 10 cm。进料速率为 0.2 ml h-1,由注射泵 (KDS-100) 控制。在这些工作条件下,1 kV cm-1 的电场导致稳定的射流。将初纺的 AMT-PVA 复合纳米纤维收集在铝膜上,然后将收集的纳米纤维在环境空气中以 3 °C min-1 的加热速率在 500 °C 下退火 2 h,然后在炉中冷却以获得纯的 WO3 NFs。
 
WO3-Au复合材料合成图片
 
WO3-Au 复合纳米纤维是使用一种简便的方法通过静电纺丝结合包括金盐还原在内的两步退火处理来实现的。首先,将初纺 AMT-PVA 复合纳米纤维在 200 °C 下在环境空气中稳定 2 小时。其次,通过沉积一定体积的溶液或将样品浸入溶液中,用金溶液浸渍稳定的复合 NF。后者的浓度调整为 0.1 M。样品中剩余的确切体积尚未确定,但通过电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP) 测量了生成和沉积在 WO3 NF 上的金的确切含量。最后,在 500°C 下进行 2 小时的煅烧步骤,不仅去除聚合物部分,而且还减少金盐并获得 Au NPs。
 
总之,基于 WO3-Au 纳米纤维的高灵敏度气体传感器已由偏钨酸铵制备,在 500 ppm 的正丁醇浓度下达到 515.2 的高传感响应。在 500 ppm 的正丁醇浓度下,传感响应高达 515.2,与纯 WO3 传感器的响应(S = 8.5)相比,高出约 60 倍。
 

 

 

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