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  各種揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）不僅污染了大氣和其他環(huán)境，而且還會直接影響人類健康，甚至危害生命安全。因此，對VOCs的檢測和預(yù)警尤為重要。近年來，用于檢測甲醛的室溫高響應(yīng)的化學(xué)電阻傳感器和光學(xué)傳感器不斷得到發(fā)展�；诖耍环N低成本、快速、可再生的VOCs氣體檢測傳感器值得期待。

  近日，浙江理工大學(xué)余厚詠教授課題組在國際知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上發(fā)表了題為“Interface Growth of PANI-ZnO Nanohybrids on a Self-Formed Grapefruit Peel Aerogel to Construct a Quick Self-Restored Gas Sensor”的封面論文。該論文提出了通過在柚子皮氣凝膠上表面生長聚苯胺/氧化鋅納米雜化物來構(gòu)建復(fù)合氣凝膠 (PANI-ZnO@GPA)。得益于其堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)，PANI-ZnO@GPA在長時(shí)間的無水乙醇浸漬后，在大氣壓下干能保持形狀穩(wěn)定不收縮。PANI-ZnO@GPA能有效檢測乙醇、氨、乙酸和甲醛，特別是對甲醛，具有較低的檢測極限（2.32 ppm）和高靈敏度(0.134% ppm^-1)。該氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于氧化鋅納米棒在骨架表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了具有高比表面基的多孔表面結(jié)構(gòu)。更有趣的是，復(fù)合氣凝膠可以在短時(shí)間的陽光照射下恢復(fù)氣體傳感性能。這種光自修復(fù)過程證明了復(fù)合氣凝膠作為持久、高效和可重復(fù)氣體傳感器的應(yīng)用可能性。

圖1. (a)預(yù)處理以獲得自成型柚子皮氣凝膠；(b) PANI-ZnO@GPA的制備示意圖

圖2. (a,b) GPA的SEM圖；（c）氣凝膠樣品的照片；（d-f）ZnO@GPA和（g-i）Pani-ZnO@GPA的SEM圖

圖3. （a）GPA、（a）ZnO@GPA和（a）PANI-ZnO@GPA的樣品表面的EDX圖；(d)掃描電鏡能量色散光譜儀測定的PANI-ZnO@GPA元素分布

圖4. PANI, ZnO, GPA, ZnO@GPA, PANI-ZnO@GPA的 (a, b) FTIR 光譜, (c) TGA和(d) DTG曲線

圖5. (a) XRD 圖譜；ZnO@GPA和PANI-ZnO@GPA的(b) XPS全譜，(c) Zn 2p和 (d) O 1s精細(xì)譜

圖6. （a）用于氣體傳感測試的簡單裝置。在室溫下暴露于不同蒸汽時(shí)的阻力變化：（b）200 ppm乙醇蒸汽，重復(fù)5次；（c）500ppm醋酸氣體/氨；以及不同濃度的（d）甲醛蒸氣；（e）定量響應(yīng)變化與甲醛蒸汽濃度的變化。（f）PANI-ZnO@GPA中PANI-ZnO@GPA和PANI-ZnO異質(zhì)結(jié)的三級結(jié)構(gòu)。

圖7. PANI-ZnO@GPA基氣體傳感器的主要?dú)怏w傳感機(jī)制。

圖8. （a）PANI-ZnO@GPA（高13.5 mm）的10次壓縮循環(huán)試驗(yàn)，ε為10%，記錄電阻變化。（b）GPA（高12.3mm）在ε為10、20、30、40和50%時(shí)的壓縮曲線。（c）在ε=50%（高0.6mm）下，不同濃度甲醛氣體時(shí)的反應(yīng)。（d）反復(fù)暴露于10 ppm甲醛時(shí)，光照前后的響應(yīng)（插圖：1個(gè)模擬太陽光照下的氣凝膠熱成像圖）。

  原文鏈接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c08195

作者簡介

  余厚詠，浙江理工大學(xué)教授，紡織科學(xué)與工程學(xué)院副院長。入選2020年度浙江省“萬人計(jì)劃”青年拔尖人才，2020年首批“浙江省高校領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃”、2019年浙江省“院士結(jié)對英才計(jì)劃”（結(jié)對纖維素領(lǐng)域張俐娜院士）、2017年浙江省高等學(xué)校中青年學(xué)科帶頭人、第四屆2018-2020年度中國科協(xié)青年托舉人才項(xiàng)目、2018年湖州“南太湖精英人才”創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等人才項(xiàng)目的支持。以第一作者或通訊作者在Journal of the American Chemical Society、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、ACS Applied Materials & Interfaces等國際知名期刊發(fā)表SCI論文107篇(SCI一區(qū)論文53篇)，總引用次數(shù)google scholar 3749次；獲得國家授權(quán)專利28 項(xiàng)；2019年6月被Chemical Engineering Journal主編推薦作為旗下Materials Science for Energy Technologies（SCI雜志）的Editorial Board Member(編委會成員)。