紫外光活化下基于氟掺杂氧化锌纳米结构的超灵敏甲醛室温传感器

【作者】 郭思远； 李子恒； 林艳红；

【机构】 吉林大学化学学院；

【摘要】 由于甲醛(HCHO)的广泛使用,开发一种能在室温下工作且具有低检测限的超灵敏HCHO传感器迫在眉睫。氧化锌(ZnO)具有优异光电特性和化学稳定性,对HCHO具有良好的气敏响应,是制造紫外光电气敏传感器的理想材料。因此,本工作采用简单的一锅法合成了F掺杂的ZnO多孔纳米材料,并优化了F的掺杂量,从而实现了在室温紫外光下对低浓度HCHO的检测。气敏测试结果表明,在375nm,6.8mW/cm2的紫外光照射下,其对10ppmHCHO的响应度为386%,是纯ZnO的2.6倍,检测限低至75ppb,并且具有优异的选择性、稳定性和耐湿性,可以满足日常生活中对HCHO的检测要求。通过结构表征发现,F的掺杂改变了氧化锌材料的表面形貌,增大了其比表面积,进而增加了表面HCHO的吸附位点。同时为了监测光照下光生载流子的具体行为,本工作还进行了表面光电压的测试,结果表明F的掺杂切实增强了光生载流子的分离。此外,还通过密度泛函理论计算研究了氟掺杂对材料表面HCHO吸附的影响。计算结果表明,材料表面的HCHO由物理吸附转变为了化学吸附,吸附能增大。分析其具体原因为氟掺杂取代了氧化锌中的氧原子,使得锌原子减少了一个成键,电子云浓度增加,进而形成了新的活性位点,能够作为电子给体,增强对O2和HCHO的吸附。总之,这项工作证明了F掺杂的ZnO是超灵敏HCHO传感器的潜在材料,并为解释掺杂对材料气敏性能的影响提供了新的见解。更多还原