二氧化氮(NO₂)是一種棕紅色有毒氣體，在臭氧的形成過程中起著重要作用。人為產(chǎn)生的NO₂主要來自高溫燃燒過程所釋放的氣體，比如機(jī)動車尾氣、鍋爐廢氣的排放等。此外，NO₂還會帶來如大氣能見度的降低、地表水的酸化、富營養(yǎng)化等諸多環(huán)境問題。根據(jù)美國政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會議頒布的標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境監(jiān)測中NO₂的閾值濃度為3 ppm。檢測NO₂對于保護(hù)人類呼吸道健康具有重要意義。因此，為了更好的控制NO₂的排放，對NO₂、定量檢測的研究顯得尤為重要。

近年來，金屬氧化物半導(dǎo)體作為檢測NO₂的傳感器受到廣泛的關(guān)注。三氧化鎢(WO₃)作為一類寬帶隙N型半導(dǎo)體材料，常被用來檢測NO₂、NH₃、H₂S等氣體。但通常基于WO₃納米材料的氣體傳感器的反應(yīng)活化能較高，導(dǎo)致其工作溫度往往高于100 °C。所以對于WO₃氣體傳感器的改進(jìn)主要集中在降低工作溫度方面。

離子液體(ILs)是完全由陰陽離子組成的低熔點(diǎn)鹽，具有低的蒸氣壓、良好的熱穩(wěn)定性、寬的電化學(xué)窗口和結(jié)構(gòu)可調(diào)等特性，已被廣泛用作傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的替代溶劑。近日，黑龍江大學(xué)化學(xué)化工與材料學(xué)院的程曉麗團(tuán)隊通過一步水熱法并加入少量的1-丁基-3-甲基-四氟硼酸鹽([Bmim]BF₄)離子液體，輔助合成WO₃納米顆粒。試圖降低WO₃納米顆粒的反應(yīng)活化能。

研究者制備了三種WO₃納米顆粒，W1-500、W2-500、W3-500分別采用[Bmim]BF₄前處理、未處理、后處理的方法，來探究離子液體的加入對于WO₃納米顆粒性能的影響。圖1-2是對納米顆粒的TG、PXRD表征。

隨后，研究者研究了三種WO₃納米顆粒對于NO₂的檢測效果，如圖3a所示，更好的響應(yīng)溫度在50 °C，其中通過離子液體前處理的W1-500響應(yīng)效果明顯。隨后是對于氣體響應(yīng)選擇性的研究（圖3b），從結(jié)果來看，該WO₃納米傳感器對于氮氧化物的識別性非常高，幾乎不與其它氣體發(fā)生響應(yīng)。

對于W1-500傳感器的工作性能的進(jìn)一步研究（如圖4）表明，在檢測不同濃度NO₂的情況下，它的響應(yīng)恢復(fù)曲線仍然成線性，表明在50 °C下它能穩(wěn)定工作。并且使用壽命和濕度穩(wěn)定性方面也有表現(xiàn)。此外，本文還提出了檢測NO₂響應(yīng)的模型傳感器，如圖5所示。

總而言之，作者采用離子液體輔助法合成了一種基于WO₃納米顆粒的NO₂傳感器。研究表明，該傳感器的工作性能穩(wěn)定、對NO₂的選擇性好，能長期穩(wěn)定工作。這項(xiàng)工作表明，離子液體輔助合成的策略對于降低金屬氧化物工作溫度、提高穩(wěn)定性有一定幫助。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219333495

原文作者：

Yujiao Zhang, Xiaoli Cheng, Xianfa Zhang, Zoltán Major, Yingming Xu, Shan Gao, Hui Zhao, Lihua Huo

DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144533

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