各種揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)不僅污染了大氣和其他環(huán)境,而且還會(huì)直接影響人類健康,甚至危害生命安全。因此,對(duì)VOCs的檢測(cè)和預(yù)警尤為重要。近年來(lái),用于檢測(cè)甲醛的室溫高響應(yīng)的化學(xué)電阻傳感器和光學(xué)傳感器不斷得到發(fā)展;诖,一種低成本、快速、可再生的VOCs氣體檢測(cè)傳感器值得期待。
近日,浙江理工大學(xué)余厚詠教授課題組在國(guó)際知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上發(fā)表了題為“Interface Growth of PANI-ZnO Nanohybrids on a Self-Formed Grapefruit Peel Aerogel to Construct a Quick Self-Restored Gas Sensor”的封面論文。該論文提出了通過(guò)在柚子皮氣凝膠上表面生長(zhǎng)聚苯胺/氧化鋅納米雜化物來(lái)構(gòu)建復(fù)合氣凝膠 (PANI-ZnO@GPA)。得益于其堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu),PANI-ZnO@GPA在長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)水乙醇浸漬后,在大氣壓下干能保持形狀穩(wěn)定不收縮。PANI-ZnO@GPA能有效檢測(cè)乙醇、氨、乙酸和甲醛,特別是對(duì)甲醛,具有較低的檢測(cè)極限(2.32 ppm)和高靈敏度(0.134% ppm-1)。該氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于氧化鋅納米棒在骨架表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了具有高比表面基的多孔表面結(jié)構(gòu)。更有趣的是,復(fù)合氣凝膠可以在短時(shí)間的陽(yáng)光照射下恢復(fù)氣體傳感性能。這種光自修復(fù)過(guò)程證明了復(fù)合氣凝膠作為持久、高效和可重復(fù)氣體傳感器的應(yīng)用可能性。
圖1. (a)預(yù)處理以獲得自成型柚子皮氣凝膠;(b) PANI-ZnO@GPA的制備示意圖
圖2. (a,b) GPA的SEM圖;(c)氣凝膠樣品的照片;(d-f)ZnO@GPA和(g-i)Pani-ZnO@GPA的SEM圖
圖3. (a)GPA、(a)ZnO@GPA和(a)PANI-ZnO@GPA的樣品表面的EDX圖;(d)掃描電鏡能量色散光譜儀測(cè)定的PANI-ZnO@GPA元素分布
圖4. PANI, ZnO, GPA, ZnO@GPA, PANI-ZnO@GPA的 (a, b) FTIR 光譜, (c) TGA和(d) DTG曲線
圖5. (a) XRD 圖譜;ZnO@GPA和PANI-ZnO@GPA的(b) XPS全譜,(c) Zn 2p和 (d) O 1s精細(xì)譜
圖6. (a)用于氣體傳感測(cè)試的簡(jiǎn)單裝置。在室溫下暴露于不同蒸汽時(shí)的阻力變化:(b)200 ppm乙醇蒸汽,重復(fù)5次;(c)500ppm醋酸氣體/氨;以及不同濃度的(d)甲醛蒸氣;(e)定量響應(yīng)變化與甲醛蒸汽濃度的變化。(f)PANI-ZnO@GPA中PANI-ZnO@GPA和PANI-ZnO異質(zhì)結(jié)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。
圖7. PANI-ZnO@GPA基氣體傳感器的主要?dú)怏w傳感機(jī)制。
圖8. (a)PANI-ZnO@GPA(高13.5 mm)的10次壓縮循環(huán)試驗(yàn),ε為10%,記錄電阻變化。(b)GPA(高12.3mm)在ε為10、20、30、40和50%時(shí)的壓縮曲線。(c)在ε=50%(高0.6mm)下,不同濃度甲醛氣體時(shí)的反應(yīng)。(d)反復(fù)暴露于10 ppm甲醛時(shí),光照前后的響應(yīng)(插圖:1個(gè)模擬太陽(yáng)光照下的氣凝膠熱成像圖)。
原文鏈接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c08195
作者簡(jiǎn)介
余厚詠,浙江理工大學(xué)教授,紡織科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)。入選2020年度浙江省“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才,2020年首批“浙江省高校領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃”、2019年浙江省“院士結(jié)對(duì)英才計(jì)劃”(結(jié)對(duì)纖維素領(lǐng)域張俐娜院士)、2017年浙江省高等學(xué)校中青年學(xué)科帶頭人、第四屆2018-2020年度中國(guó)科協(xié)青年托舉人才項(xiàng)目、2018年湖州“南太湖精英人才”創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等人才項(xiàng)目的支持。以第一作者或通訊作者在Journal of the American Chemical Society、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、ACS Applied Materials & Interfaces等國(guó)際知名期刊發(fā)表SCI論文107篇(SCI一區(qū)論文53篇),總引用次數(shù)google scholar 3749次;獲得國(guó)家授權(quán)專利28 項(xiàng);2019年6月被Chemical Engineering Journal主編推薦作為旗下Materials Science for Energy Technologies(SCI雜志)的Editorial Board Member(編委會(huì)成員)。
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