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一區(qū)論文應(yīng)用案例 · 前沿專題型

基于 Ce 摻雜 TiO2 納米晶體的室溫氣體傳感器，用于高靈敏度的 NH3 檢測

該研究發(fā)表于 Chemical Engineering Journal（2022），使用 XH-800S 開展 室溫氣敏傳感器、稀土摻雜金屬氧化物 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括大比表面積 266.9 m2/g；總孔容 0.299 cm3/g。

論文編號 481
應(yīng)用方向 室溫氣敏傳感器、稀土摻雜金屬氧化物、NH3 檢測、食品新鮮度監(jiān)測、微波輔助納米材料合成
關(guān)鍵結(jié)果 大比表面積 266.9 m2/g
核心條件 溫度 120 ℃ / 70 ℃
論文編號
481
期刊
Chemical Engineering Journal
影響因子
13.273
中科院分區(qū)
1 區(qū)
發(fā)表年份
2022
設(shè)備型號
XH-800S
作者單位
揚州大學(xué)；揚州大學(xué)機械工程學(xué)院；比利時蒙斯大學(xué)綜合工學(xué)院材料科學(xué)系
Yangzhou University; College of Mechanical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, PR China; Service de Science des Materiaux, Faculte Polytechnique, Universite de Mons, Mons 7000, Belgium
研究方向
室溫氣敏傳感器 稀土摻雜金屬氧化物 NH3 檢測 食品新鮮度監(jiān)測 微波輔助納米材料合成

事實快照

  • 論文：基于 Ce 摻雜 TiO2 納米晶體的室溫氣體傳感器，用于高靈敏度的 NH3 檢測
  • 設(shè)備：XH-800S
  • 期刊與分區(qū)：Chemical Engineering Journal，中科院 1 區(qū)
  • 核心條件：溫度 120 ℃ / 70 ℃；微波功率 500 W；時間 1 h / 12 h / 24 h
  • 關(guān)鍵結(jié)果：大比表面積 266.9 m2/g；總孔容 0.299 cm3/g
  • 用途：可作為 室溫氣敏傳感器、稀土摻雜金屬氧化物 的論文證據(jù)頁。

研究摘要

作者采用微波輔助溶劑熱方法快速制備了一系列 Ce 摻雜 TiO2 納米晶，用于室溫 NH3 檢測。所有樣品均表現(xiàn)出小尺寸納米晶和良好結(jié)晶性，其中最優(yōu)的 0.43 at% Ce-TiO2 具有 266.9 m2/g 的大比表面積，在室溫下展現(xiàn)出優(yōu)異的氨氣響應(yīng)性能，包括 20 ppm 時高響應(yīng) 23.99、檢測限 140 ppb、良好選擇性、重復(fù)性與運行穩(wěn)定性。作者將性能提升歸因于高能晶面重取向、氧空位與大比表面積的協(xié)同作用，并通過 DFT 計算進一步驗證了增強機理。論文還利用該傳感器對魚肉新鮮度進行檢測，說明其具備實際應(yīng)用潛力。

研究背景與解決的問題

作者采用微波輔助溶劑熱方法快速制備了一系列 Ce 摻雜 TiO2 納米晶，用于室溫 NH3 檢測。

設(shè)備應(yīng)用與實驗條件

項目參數(shù)
溫度120 ℃ / 70 ℃
微波功率500 W
時間1 h / 12 h / 24 h

關(guān)鍵結(jié)果

大比表面積 266.9 m2/g
總孔容 0.299 cm3/g
指標結(jié)果
大比表面積266.9 m2/g
總孔容0.299 cm3/g

機制/方法亮點

  • Ce 摻雜誘導(dǎo)了 (004) 和 (200) 等更高表面能晶面的優(yōu)先生長，提升了表面化學(xué)活性。
  • Ce3+/Ce4+ 共存與氧空位增多，有助于增強表面吸附氧種和界面電子交換能力。
  • 更大的比表面積和合適孔結(jié)構(gòu)為 NH3 分子擴散、吸附和反應(yīng)提供了更多可用位點。
  • 室溫下表面吸附氧與 NH3 發(fā)生反應(yīng)時，0.43 at% Ce-TiO2 更容易產(chǎn)生顯著電阻變化，因此響應(yīng)更高、線性更好。
  • DFT 計算表明，Ce-TiO2 對 NH3 的吸附能更低、吸附距離更短，從理論上支撐了其實驗中觀察到的高靈敏度和快響應(yīng)。

應(yīng)用價值

  • 依托 XH-800G 在 1 h 內(nèi)完成 Ce-TiO2 納米晶快速微波溶劑熱合成，工藝簡潔高效。
  • 通過微量 Ce 摻雜同時實現(xiàn)晶面調(diào)控、氧空位構(gòu)筑和比表面積提升。
  • 在室溫下實現(xiàn) 20 ppm NH3 響應(yīng) 23.99 和 140 ppb 檢測限，兼顧靈敏度與低功耗。
  • 不只停留在標準氣體測試，還完成了魚肉腐敗監(jiān)測驗證，增強了應(yīng)用轉(zhuǎn)化價值。

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常見問題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？
該研究發(fā)表于 Chemical Engineering Journal（2022），使用 XH-800S 開展 室溫氣敏傳感器、稀土摻雜金屬氧化物 研究，關(guān)鍵結(jié)果包括大比表面積 266.9 m2/g；總孔容 0.299 cm3/g。
該研究發(fā)表在哪個期刊？
發(fā)表于 Chemical Engineering Journal，中科院 1 區(qū)。
引用信息
Room temperature gas sensors based on Ce doped TiO2 nanocrystals for highly sensitive NH3 detection
Chemical Engineering Journal, 2022
DOI: 10.1016/j.cej.2022.136449