NO2是大气中有毒、有害的气体之一，是酸雨和光化学烟雾的前体。它是由燃料燃烧产生的，对生活环境造成了严重的有害影响。因此，迫切需要开发高灵敏度、低检测限的NO2气体传感器。目前，各种纳米结构的金属氧化物半导体，如SnO2、ZnO、WO3和TiO2，因其成本低、操作简单和无毒作为NO2传感材料被广泛研究。其中，氧化钨是一种宽带隙 (2.6 ~ 3.2 eV) 的n型半导体，因其成本低、灵敏度高、重复性好而被认为是一种很有前途的NO2传感材料。然而，由于一些WO3纳米结构的导电性较差，WO3气体传感器的工作温度通常在200℃以上。解决这一问题的一般策略是用贵金属 (Au、Ag和Pt) 进行表面功能化然而，该方法并不总是**的，因为贵金属颗粒容易发生催化中毒，贵金属改性增加了制备成本。另一种方法是通过制备分级纳米结构来增加它们的表面体积比。分级WO3纳米结构可以增加NO2分子的活性吸附位点，这些薄的结构单元可以提供**的电子传递途径。

图文解析

图1 硫脲浓度为0、0.05、0.1和0.2 M的前驱体制备的样品的XRD图

图2  硫脲浓度为0、0.05、0.1和0.2 M的前驱体制备的样品的SEM图像

前驱体中未添加硫脲合成的样品为正交晶相WO3•0.33H2O。随着前驱体硫脲浓度的增加，样品的正交晶WO3•0.33H2O的 (111) 峰衍射强度逐渐减小。当前驱体硫脲浓度为0.2M制备样品的物相为六方晶型WO3。由XRD结果可以得出，通过前驱体中硫脲的浓度来调节样品的晶相。另外，由SEM结果表明，前驱体中硫脲的浓度可以调节样品的形貌和微观组织。因此，阴离子表面活性剂通过限制晶体在特定方向上的生长，在聚集过程中既充当结构引导剂，又充当形貌引导剂。

图3 基于前驱体硫脲浓度为0.05、0.1和0.2 M制备的样品的传感器的I-V特性

由传感器的I-V特性曲线可知，前驱体硫脲浓度为0.2 M制备样品的传感器表现出良好线性欧姆关系和较优电导性。因此，在接下来的表征和气敏测试中，选用含0.2 M硫脲前驱体合成的WO3纳米网作为传感材料。

图4 WO3纳米网传感器在160℃下对NO2 (500 ppb) 以及其它几种气体如C2H6O (10 ppm)、NH3 (10 ppm)、CO (50 ppm) 和H2S (5 ppm) 的响应

图4显示了基于WO3纳米网的传感器对NO2 (500 ppb)、C2H6O (10 ppm)、NH3 (10 ppm)、CO (50 ppm) 和H2S (5 ppm) 的响应。与其它气体相比，WO3纳米网传感器对NO2的响应显着，尽管其它气体的浓度更高。因此，可以得出结论，所制备的WO 3纳米网传感器对NO2表现出**的选择性。

图5  WO3纳米网传感器的气敏机制示意图：(a) 空气中；(b) NO2中

图5显示了用于WO3纳米网传感器的NO2传感机制的示意图。在空气中，氧气在低温 (<200℃) 下吸附在WO3纳米网的表面上形成吸附氧，夺取了WO3表面自由电子，使WO3表面形成电子耗尽层。当WO3纳米网暴露在NO2气体中时，NO2分子夺取WO3表面电子的能力更强，表面电子耗尽层进一步增宽。由WO3纳米线组成的WO3纳米网可以提供比常规块状材料更高的比表面积，从而为气体提供更多的表面吸附位。此外，高纯度单晶纳米线促进了电子转移，也提高了WO3纳米网的NO2传感性能。高性能的分级结构的WO3纳米网传感材料的设计，为其它宽带隙金属氧化物传感器的开发提供借鉴。

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以上内容来自齐岳小编zzj 2021.4.12