二氧化氮(NO₂)是一种棕红色有毒气体，在臭氧的形成过程中起着重要作用。人为产生的NO₂主要来自高温燃烧过程所释放的气体，比如机动车尾气、锅炉废气的排放等。此外，NO₂还会带来如大气能见度的降低、地表水的酸化、富营养化等诸多环境问题。根据美国政府工业卫生学家会议颁布的标准，环境监测中NO₂的阈值浓度为3 ppm。检测NO₂对于保护人类呼吸道健康具有重要意义。因此，为了更好的控制NO₂的排放，对NO₂、定量检测的研究显得尤为重要。

近年来，金属氧化物半导体作为检测NO₂的传感器受到广泛的关注。三氧化钨(WO₃)作为一类宽带隙N型半导体材料，常被用来检测NO₂、NH₃、H₂S等气体。但通常基于WO₃纳米材料的气体传感器的反应活化能较高，导致其工作温度往往高于100 °C。所以对于WO₃气体传感器的改进主要集中在降低工作温度方面。

离子液体(ILs)是完全由阴阳离子组成的低熔点盐，具有低的蒸气压、良好的热稳定性、宽的电化学窗口和结构可调等特性，已被广泛用作传统有机溶剂的替代溶剂。近日，黑龙江大学化学化工与材料学院的程晓丽团队通过一步水热法并加入少量的1-丁基-3-甲基-四氟硼酸盐([Bmim]BF₄)离子液体，辅助合成WO₃纳米颗粒。试图降低WO₃纳米颗粒的反应活化能。

研究者制备了三种WO₃纳米颗粒，W1-500、W2-500、W3-500分别采用[Bmim]BF₄前处理、未处理、后处理的方法，来探究离子液体的加入对于WO₃纳米颗粒性能的影响。图1-2是对纳米颗粒的TG、PXRD表征。

随后，研究者研究了三种WO₃纳米颗粒对于NO₂的检测效果，如图3a所示，更好的响应温度在50 °C，其中通过离子液体前处理的W1-500响应效果明显。随后是对于气体响应选择性的研究（图3b），从结果来看，该WO₃纳米传感器对于氮氧化物的识别性非常高，几乎不与其它气体发生响应。

对于W1-500传感器的工作性能的进一步研究（如图4）表明，在检测不同浓度NO₂的情况下，它的响应恢复曲线仍然成线性，表明在50 °C下它能稳定工作。并且使用寿命和湿度稳定性方面也有表现。此外，本文还提出了检测NO₂响应的模型传感器，如图5所示。

总而言之，作者采用离子液体辅助法合成了一种基于WO₃纳米颗粒的NO₂传感器。研究表明，该传感器的工作性能稳定、对NO₂的选择性好，能长期稳定工作。这项工作表明，离子液体辅助合成的策略对于降低金属氧化物工作温度、提高稳定性有一定帮助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219333495

原文作者：

Yujiao Zhang, Xiaoli Cheng, Xianfa Zhang, Zoltán Major, Yingming Xu, Shan Gao, Hui Zhao, Lihua Huo

DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144533

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