文献信息
Materials Research Bulletin
https:doi.org/10.1016/j.materresbull.2023.112293
摘要
本文采用微波辅助水热法制备了In2O3花，并通过TAA掺杂提升其气敏性，显著降低了传感器的工作温度。第一性原理计算揭示了S原子掺杂对In2O3电子结构的改变，从而影响了电子穿过晶间势垒，实现了工作温度的降低。研究成果为新一代In2O3气体传感器的设计、制造和应用提供了新思路和技术途径。
材料表征
用x射线衍射仪（XRD）测定了不同煅烧时间的In2O3和样品的晶体结构；D8 Advance)使用电压为40 kV，电流为30 mA的cu - k - α1辐射（k = 1.5406 Å）。采用场发射扫描电镜（FE-SEM, Gemini SEM 300）和透射电镜（TEM, JEOL-2100F）对样品进行形貌观察。用x射线光电子能谱（XPS）对不同煅烧周期的In2O3和样品的表面化学性质进行了表征。
气敏测试
(a)在不同工作温度下加入不同量的TAA对10ppm NO2的响应。(b) 118◦C下TAA-0.05对气体开关10ppm NO2的响应和回收率曲线，(b)为3个循环后的循环曲线。(c) 118℃下TAA-0.05对不同浓度NO2 （100 ppb ~ 10 ppm）的响应曲线。(d) TAA-0.05至10ppm各种气体在118◦C下的响应。
结论
我们的研究报告了一种基于S原子掺杂In2O3花的高灵敏度NO2传感器。该传感器采用微波辅助水热法和煅烧法制备。In2O3与S原子之间的晶体结构随硫化程度的变化而变化，进一步改变了气敏性。然后，研究了所有样品的气敏性。与先前报道的材料相比，掺杂S原子的样品的工作温度明显降低。对于最佳的s掺杂In2O3花，响应从100 ppb到10 ppm在118◦C。当NO2浓度为10 ppm时，对应的响应为250，响应和恢复时间分别为75 s和61 s。此外，该传感器对NO2气体具有良好的选择性，对其他有毒气体几乎没有响应。优异的NO2气敏性可归因于S原子改变In2O3的电子结构，进而降低晶间势垒，从而进一步降低工作温度，其中In2O3从半导体转变为金属的电子性质有利于电子传递，DFT计算表明了电子结构效应。新型低成本的S-In2O3花具有电子结构效应的气敏增强，具有高性能气敏器件的应用前景
