金摻雜氧化錫納米纖維對H2S的氣敏特性及其在口臭診斷中的應用

2020-12-04 Espun

通過多功能靜電紡絲技術,隨後在600℃下煅燒2h,成功合成了一維原始和金摻雜氧化錫(SnO2)納米纖維。通過X射線衍射(XRD)、配備能量色散X射線光譜儀(EDAX)的掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和紫外可見分光光度計對合成的納米纖維進行了表徵。傳感器的響應很大程度上取決於工作溫度和添加劑的用量。

在370℃下,3wt%Au摻雜SnO2樣品呈現出最佳性能。所構建的傳感裝置對硫化氫(H2S)、丙酮、氨、乙醇和丙醇等還原性氣體普遍存在響應,H2S的最低檢測濃度為1ppm,對其他氣體為10ppm。因此,該裝置可用於選擇性檢測H2S,避免了濃度低於10ppm的其他還原性氣體的交聯響應問題。計算出H2S的理論檢測限為550ppb。因此,該裝置可用於診斷口臭,因為口臭患者呼出氣中的H2S濃度水平在80ppb-2ppm範圍內。

圖1.(a)氣體傳感檢測系統的示意圖,(b)採用噴塗法由原始和Au摻雜納米纖維/乙醇溶液製備裝置,(c)IDE電極的示意圖

圖2.原始SnO2納米纖維(a)初紡和(b)在600℃下退火2h後,(c)3wt%Au摻雜SnO2納米纖維在600℃退火2h後的FESEM圖像。(d)(c)的放大圖像

圖3.(a)3wt%Au摻雜SnO2樣品的元素圖和(b)EDAX光譜

圖4.原始和Au摻雜SnO2(1和3wt%)樣品的XRD圖譜

圖5.(a)3wt%Au摻雜SnO2樣品的TEM圖像,(b)HRTEM圖像和(c)SAED圖譜

圖6.(a)原始和Au摻雜SnO2樣品的反射光譜,(b)Tauc圖(插圖:原始和5wt%Au摻雜SnO2樣品帶隙來自相應的Tauc圖)

圖7.在200℃下測量的原始和Au摻雜SnO2樣品的IV特性

圖8.原始和Au摻雜SnO2傳感器在200℃下對各種氣體的響應比較

圖9.在不同溫度下3wt%Au摻雜SnO2傳感器對100ppm H2S的響應比較

圖10.對100ppm H2S的(a)響應時間和(b)恢復時間隨溫度的變化

圖11.在370℃下,3wt%Au摻雜SnO2樣品對不同濃度(a)丙酮,(b)氨,(c)乙醇,(d)1-丙醇和(e,f)H2S的響應曲線

圖12.370℃下3wt%Au摻雜SnO2樣品對不同濃度H2S的響應變化

圖13.SnO2傳感器暴露於(a)空氣和(b)H2S以及Au摻雜SnO2傳感器暴露於(c)空氣和(d)H2S的能帶示意圖

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