近日，智能所李民强研究员等利用β-FeOOH 向 α-Fe2O3 转化的中间态纳米复合材料实现了对正丁醇气体的高灵敏度和高选择性检测。相关成果已发表在Sensors and Actuators B: Chemical杂志上。
正丁醇是挥发性有机化合物（VOCs）的一种，被广泛用作溶剂，有机合成中间体和萃取剂。长时间暴露于正丁醇的环境下可能会引起头痛，头晕，嗜睡，皮炎，眼睛，鼻子以及咽喉不适等症状，所以高效快速检测VOCs对人体健康具有重要意义。而α-Fe2O3作为一种带隙宽度为2.1 eV的n型半导体，常用来检测醇类气体、液化石油气、丙酮气体、硫化氢气体，但其灵敏度低，且存在交叉敏感的问题。
为了提高Fe2O3基气体传感器的灵敏度和选择性，研究人员发现，β-FeOOH在250 oC下煅烧1 h后得到的产物可明显提高对醇类气体的响应灵敏度和选择性，且随着醇类碳链的增长，其响应灵敏度逐渐增加，对100 ppm的正丁醇气体，其响应灵敏度可达145。通过热重差热分析（TGA-DSC），X射线衍射（XRD），X射线光电子能谱（XPS），红外光谱（FTIR）和比表面积分析（BET）等多种技术揭示了其灵敏度的提高可能与材料表面大量的结构羟基和大的比表面积有关。羟基的存在可与醇类气体之间形成氢键，有利于气体的吸附，增加气体的吸附概率，而结晶态的Fe2O3有利于电子传输，所以两者的协同作用，使纳米材料对正丁醇气体的响应灵敏度和选择性大大提高。
该研究工作得到了国家自然科学基金（61673367, 31571567, 61504023 and 61573334）的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.06.081
a. 200 oC，250 oC，300 oC煅烧产物的XRD图谱， b. FeOOH 和250 oC，350 oC煅烧产物的红外吸收光谱， c. 250 oC 煅烧产物对10-100 ppm不同浓度的正丁醇气体的响应曲线， d. 羟基增强吸附机理图。
（供稿：纳米材料与环境检测研究室）
