Wireless Gas Sensor Based on the Mesoporous ZnO–SnO2 Heterostructure Enables Ultrasensitive and Rapid Detection of 3-Methylbutyraldehyde

介孔材料 异质结 材料科学 检出限 纳米技术 无定形固体 光电子学 化学 催化作用 色谱法 生物化学 有机化学
作者
Zizheng Wang,Ping Li,Bingxi Feng,Youyou Feng,Dong Cheng,Jing Wei
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (5): 2585-2595 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c00306
摘要

Achieving ultrasensitive and rapid detection of 3-methylbutyraldehyde is crucial for monitoring chemical intermediate leakage in pharmaceutical and chemical industries as well as diagnosing ventilator-associated pneumonia by monitoring exhaled gas. However, developing a sensitive and rapid method for detecting 3-methylbutyraldehyde poses challenges. Herein, a wireless chemiresistive gas sensor based on a mesoporous ZnO-SnO2 heterostructure is fabricated to enable the ultrasensitive and rapid detection of 3-methylbutyraldehyde for the first time. The mesoporous ZnO-SnO2 heterostructure exhibits a uniform spherical shape (∼79 nm in diameter), a high specific surface area (54.8 m2 g-1), a small crystal size (∼4 nm), and a large pore size (6.7 nm). The gas sensor demonstrates high response (18.98@20 ppm), short response/recovery times (13/13 s), and a low detection limit (0.48 ppm) toward 3-methylbutyraldehyde. Furthermore, a real-time monitoring system is developed utilizing microelectromechanical systems gas sensors. The modification of amorphous ZnO on the mesoporous SnO2 pore wall can effectively increase the chemisorbed oxygen content and the thickness of the electron depletion layer at the gas-solid interface, which facilitates the interface redox reaction and enhances the sensing performance. This work presents an initial example of semiconductor metal oxide gas sensors for efficient detection of 3-methylbutyraldehyde that holds great potential for ensuring safety during chemical production and disease diagnosis.
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