摘要
这篇文章的摘要介绍了一种用于检测甲醇气体的新型气体传感材料，该材料由铂（Pt）单原子支持在多孔的银-镧铁氧化物（Ag-LaFeO₃）@氧化锌（ZnO）核壳球（Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt）上，具有高比表面积（192.08 m²/g）。这种材料显著提高了甲醇气体的工作温度和检测限，展现出对甲醇气体的超高灵敏度，例如在86°C的工作温度下，对5 ppm甲醇气体的灵敏度达到453.02，即使在62 ppb的低浓度下也保持了21.25的高灵敏度。与Ag-LaFeO₃@ZnO核壳球相比，Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt对甲醇气体的灵敏度提高了6.69倍，最低检测限为3.27 ppb。理论计算表明，Pt单原子的未占据5d态增加了甲醇和氧气的吸附和活化能，从而促进了甲醇气体传感性能。这项工作为设计高性能气体传感材料提供了新策略。
材料表征
Fig. 3 展示了合成的 Ag-LaFeO₃ 和 Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 的形貌特征。以下是对图中内容的总结：
a) Ag-LaFeO₃ 的扫描电子显微镜（SEM）图像，显示了其表面有许多孔洞，这有利于气体传感反应过程中测试气体的吸附和脱附。插图显示了更高放大倍数下的图像。
b) Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 的 SEM 图像，显示了在 Ag-LaFeO₃ 表面均匀生长的多孔 ZIF-8（含有 Pt 前驱体）形成了 Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt。图像显示了材料的直径为 1-2 微米，核壳结构由 20-120 纳米大小的纳米颗粒组成，进一步证明了材料具有丰富的孔洞。
c) Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像和能量色散光谱（EDS）元素分布图，显示了 La、Fe、Zn、Ag、Pt 和 O 在核壳结构上的分布。其中，Zn 主要分布在 Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 的壳部分，而少量的 Pt 以团簇形式存在。
d) Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 的 STEM 图像，显示了在该样品的壳部分分散的 Pt 单原子，以及明显的晶格条纹，晶格间距为 0.19 纳米，对应于 ZnO 的 (102) 晶面。
e) 图 3d 中蓝色框区域的快速傅里叶变换（FFT）图像，显示了 Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 壳内均匀分布的单 Pt 原子亮点，尺寸在 0.1 到 0.2 纳米之间。
综上所述，Fig. 3 通过一系列的形貌和结构表征技术，展示了 Ag-LaFeO₃ 和 Ag-LaFeO₃@ZnO-Pt 的微观结构和元素分布，证实了 Pt 单原子在 ZnO 壳上的分散以及核壳结构的形成。
气敏测试
图4（Figure 4）展示了与Ag-LaFeO@ZnO-Pt甲醇气体传感器相关的几个关键特性。以下是对图4内容的总结：
1. 不同Pt单原子比例对甲醇气体灵敏度的影响：
图4a显示了不同Pt单原子比例（Pt-ZnO和Ag-LaFeO@ZnO稳定Pt单原子样本）对5 ppm甲醇气体灵敏度的影响。随着Pt单原子比例的增加，灵敏度增加，表明Pt单原子的引入显著提高了对甲醇气体的灵敏度。
2. 不同气体的灵敏度：
图4b展示了Ag-LaFeO@ZnO-0.15% Pt对5 ppm不同气体（包括甲醇、甲烷、乙醇、丙酮和甲醛）的灵敏度。结果显示，对甲醇气体的灵敏度最高，表明该传感器对甲醇具有很好的选择性。
3. 不同工作温度下的灵敏度：
图4c展示了Ag-LaFeO@ZnO、Ag-LaFeO@ZnO-Pt对5 ppm不同气体在86°C时的灵敏度。这进一步证实了Pt单原子的引入提高了对甲醇气体的灵敏度。
4. 动态响应和恢复曲线：
图4d显示了Ag-LaFeO@ZnO-0.15% Pt对5 ppm甲醇气体的动态响应和恢复曲线。响应和恢复时间较快，表明传感器具有较好的响应速度。
5. 不同浓度甲醇气体的动态响应和恢复曲线：
图4e和f展示了Ag-LaFeO@ZnO-0.15% Pt对62 ppb至100 ppm不同浓度甲醇气体的动态响应和恢复曲线，并通过最小二乘法进行了线性拟合。这些数据显示了传感器能够实时检测不同浓度的甲醇气体，并且响应和恢复时间随着甲醇浓度的增加而增加。
总体而言，图4提供了关于Ag-LaFeO@ZnO-Pt甲醇气体传感器性能的详细信息，包括对甲醇的高灵敏度、良好的选择性、快速的响应和恢复特性，以及在不同工作温度和不同气体浓度下的性能表现。
结论
1. 原子级分散的Pt单原子催化剂：作者展示了在多孔Ag-LaFeO@ZnO载体上原子级分散的Pt单原子催化剂，用于超灵敏甲醇气体检测。
2. 低工作温度下的高灵敏度：在低工作温度（86°C）下，该传感器对5 ppm甲醇气体表现出了453.80的高灵敏度。
3. 良好的选择性和低检测限：除了高灵敏度外，该传感器对甲醇气体具有良好的选择性，最低检测限为3.27 ppb。
4. 性能提升机制：性能的提升主要归因于Pt单原子的引入，这使得传感器表面更容易吸附甲醇气体和氧气，且吸附强度适中，有利于气体分子的脱附。Pt单原子还可以作为气体传感反应过程中的活性位点，有助于形成活性中间产物，从而降低甲醇气体与氧气反应的活化能障碍。
5. 电子金属-载体相互作用的影响：电子金属-载体相互作用对Pt单原子的影响显著，提高了Ag-LaFeO@ZnO表面的催化活性，为合理设计具有低操作温度的甲醇气体传感器提供了启示。
6. 理论计算支持：通过密度泛函理论（DFT）计算，进一步证实了Pt单原子的引入显著提高了甲醇和氧气离子在Ag-LaFeO@ZnO表面上的反应能量障碍。
综上所述，这项工作不仅开发了一种新型的甲醇气体传感器，而且通过实验和理论计算深入理解了Pt单原子在提高甲醇气体检测性能中的作用，为未来设计高性能气体传感材料提供了新的思路。
