金属@ZnO核壳纳米粒子对ppb-ppm级苯的增强气体传感性能：金属-ZnO异质界面的作用

摘要： 合成了包括Au@ZnO、Pd@ZnO和Pt@ZnO在内的核壳结构金属@ZnO纳米颗粒，并用于低浓度苯的检测。采用多种技术表征了典型核@壳结构的组成特性，分析了传感性能与金属-ZnO异质界面之间的关系。作为气敏材料时，这三种核壳金属@ZnO纳米颗粒对低浓度苯的传感性能均优于纯ZnO纳米颗粒。特别是Pt@ZnO核壳纳米颗粒对0.1 ppm苯的气敏响应是纯ZnO的7倍，对5 ppm苯的响应更是达到纯ZnO的63倍，其灵敏度超过以往文献中大多数气敏材料。此外，Pt@ZnO核壳纳米颗粒具有不低于10 ppb的超低检测限，也低于以往文献中多数气敏材料。该材料还表现出高选择性和长期响应稳定性，在运行一个月后对1 ppm苯的响应值仍保持2.7±1.6%。金属@ZnO核壳纳米颗粒增强的气敏性能与金属-ZnO异质界面内接触金属与ZnO之间的功函数差异密切相关，这种差异产生了高肖特基势垒并调控了电子转移。