将氮原子掺杂到二氧化锡纳米结构中以增强对丙酮的气敏性能

DOI：10.3390/nano9030445 期刊：Nanomaterials 出版年份：2019 更新时间：2026-01-09 18:46:08

摘要： 高性能丙酮气体传感器的研发对环境保护与人身安全具有重要意义。二氧化锡（SnO₂）因其成本低廉、电子迁移率高及化学稳定性良好，在化学传感领域得到广泛应用。本研究通过简单的溶剂热法结合后续煅烧工艺，将氮原子掺杂至SnO₂纳米结构中以提升其对丙酮的气敏性能。采用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、电子顺磁共振（EPR）、拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）及BET法对产物结晶度、形貌、元素组成、微观结构进行表征。研究发现氮掺杂使晶粒尺寸减小、带隙宽度变窄、表面氧空位增多、比表面积增大且孔径分布变窄。作为气体传感器测试时，氮掺杂SnO₂纳米结构在300℃最佳工作温度下对丙酮展现出优异灵敏度（响应值R空气/R气体-1=357）和低检测限（7ppb），并对苯、甲苯、乙苯、氢气及甲烷等干扰气体表现出良好选择性。此外，本文还深入探讨了氮掺杂SnO₂对丙酮的潜在气敏机理。

关键词： 介孔结构丙酮气体传感器氧化锡氮掺杂

作者： Xiangfeng Guan，Xiaoyan Li，Yongjing Wang，Peihui Luo，Yunlong Yu，Dagui Chen

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研究概述实验方案设备清单

研究目的

通过掺杂氮原子增强SnO2纳米结构对丙酮的气敏性能。

研究成果

氮掺杂进入二氧化锡纳米结构显著提升了丙酮气体的传感性能，包括高响应值（357）、低检测限（7ppb）、良好的选择性和稳定性，这归因于氧空位的增加、带隙的减小以及比表面积的提高。

研究不足

该传感器需要300°C的高工作温度，这可能会限制低功耗应用。未来需要开发低温（<200°C）传感器。

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