Polyoxometalate Cluster-Guided Dynamic Nucleation and Hierarchical Growth of Branched WO3 Nanofibers with Ultrafine Pt Nanoparticles for Advanced Gas Sensing

化学 多金属氧酸盐 成核 星团(航天器) 纳米颗粒 纳米纤维 化学工程 纳米技术 有机化学 催化作用 计算机科学 工程类 材料科学 程序设计语言
作者
Renhui Gao,Li Chen,Yunfeng Li,Yongxin Wang,Tianyu Yang,Xiao Li,Jing Geng,Zheng Guo
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (39): 18285-18295 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c03209
摘要

In the food industry, 2,3-butanedione is a significant volatile organic compound valued for its unique aroma and flavor. Real-time detection of its concentration during food preparation is crucial for ensuring optimal taste and food safety. However, accurately detecting low concentrations of 2,3-butanedione requires highly sensitive sensing materials. Herein, we present a novel synthesis of branched WO3 nanofibers decorated with ultrafine Pt nanoparticles (Pt NPs-WO3 NFs), templated by polyoxometalate (POM) clusters, through a combination of electrospinning and thermal oxidation strategies for advanced gas sensing applications. This Pt NPs-WO3 NFs-based sensor exhibits impressive sensitivity (Ra/Rg = 2.25 vs 500 ppb), a low detection limit of 10 ppb, high selectivity, excellent repeatability, and stable performance over a period of 25 days. Using POM clusters as templates offers significant advantages over the traditional WCl6 salt in synthesizing WO3 NFs with smooth surfaces. Specifically, the POM clusters guide the dynamic nucleation and hierarchical growth of branched NFs, enhancing the concentration of oxygen vacancies and increasing the number of active adsorption sites. Furthermore, the uniform dispersion of ultrafine Pt NPs (≈ 4 nm) within the WO3 NFs further enhances the catalytic activation of 2,3-butanedione, significantly improving the gas sensing performance. This study introduces an efficient method to synthesize Pt NPs-WO3 NFs with potential for manufacturing advanced nanostructured sensing materials using POM clusters as templates, paving the way for high-performance gas sensing technologies.
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