合肥研究院實現對正丁醇氣體的高靈敏度和高選擇性檢測
近日，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員李民強等利用β-FeOOH 向α-Fe2O3 轉化的中間態納米復合材料實現了對正丁醇氣體的高靈敏度和高選擇性檢測。相關成果已發表在Sensors and Actuators B: Chemical 雜志上。
正丁醇是揮發性有機化合物（VOCs）的一種，被廣泛用作溶劑，有機合成中間體和萃取劑。長時間暴露于正丁醇的環境下可能會引起頭痛、頭暈、嗜睡、皮炎、眼睛、鼻子以及咽喉不適等癥狀，所以高效快速檢測VOCs對人體健康具有重要意義。而α-Fe2O3作為一種帶隙寬度為2.1 eV的n型半導體，常用來檢測醇類氣體、液化石油氣、丙酮氣體、硫化氫氣體，但其靈敏度低，且存在交叉敏感的問題。
為了提高Fe2O3基氣體傳感器的靈敏度和選擇性，研究人員發現，β-FeOOH在250 oC下煅燒1 h后得到的產物可明顯提高對醇類氣體的響應靈敏度和選擇性，且隨著醇類碳鏈的增長，其響應靈敏度逐漸增加，對100 ppm的正丁醇氣體，其響應靈敏度可達145。通過熱重差熱分析（TGA-DSC），X射線衍射（XRD），X射線光電子能譜（XPS），紅外光譜（FTIR）和比表面積分析（BET）等多種技術揭示了其靈敏度的提高可能與材料表面大量的結構羥基和大的比表面積有關。羥基的存在可與醇類氣體之間形成氫鍵，有利于氣體的吸附，增加氣體的吸附概率，而結晶態的Fe2O3有利于電子傳輸，所以兩者的協同作用，使納米材料對正丁醇氣體的響應靈敏度和選擇性大大提高。
該研究工作得到了國家自然科學基金（61673367, 31571567, 61504023 and 61573334）的支持。
圖：a. 200 oC，250 oC，300 oC煅燒產物的XRD圖譜，b. FeOOH 和250 oC，350 oC煅燒產物的紅外吸收光譜，c. 250 oC 煅燒產物對10-100 ppm不同濃度的正丁醇氣體的響應曲線，d. 羥基增強吸附機理圖。
