Synergistic sensitization effects of single-atom gold and cerium dopants on mesoporous SnO2 nanospheres for enhanced volatile sulfur compound sensing

掺杂剂 介孔材料 材料科学 敏化 Atom(片上系统) 硫黄 纳米技术 化学工程 化学 兴奋剂 光电子学 催化作用 有机化学 冶金 嵌入式系统 计算机科学 工程类 生物 免疫学
作者
Ping Li,Zizheng Wang,Youyou Feng,Bingxi Feng,Dong Cheng,Jing Wei
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (13): 3038-3047 被引量:29
标识
DOI:10.1039/d4mh00507d
摘要

The real-time monitoring of volatile sulfur compounds is indispensable; however, it continues to pose a significant challenge due to issues such as limited performance towards parts-per-billion (ppb)-level gas. Herein, a concept of synergistic sensitization effects involving single-atom gold (Au) and cerium (Ce) dopants is proposed to boost the sensing performance of allyl mercaptan, a common volatile sulfur compound. As a proof-of-concept, a chemiresistive gas sensor based on mesoporous SnO2 nanospheres with single-atom Au decoration and Ce dopant (denoted Au/Ce-SnO2) is successfully synthesized. The synthesis of Au/Ce-SnO2 is achieved through the utilization of a self-template strategy, employing metal-phenolic hybrids as a precursor. The obtained materials exhibit high specific surface area (89.4 m2 g-1), and small particle size (∼86 nm). The gas sensor reveals unprecedented sensitivity (0.097 ppb-1) and ultra-low detection limit (0.74 ppb), surpassing all state-of-the-art allyl mercaptan gas sensors. Furthermore, a wireless gas sensor is constructed for highly selective and real-time monitoring of allyl mercaptan. The decoration of single-atom Au facilitates the adsorption and dissociation of oxygen and target gases. Simultaneously, the Ce dopant enhances the oxidation of allyl mercaptan. The sensing performance is boosted by the mesoporous framework of SnO2, as well as the synergistic sensitization effects resulting from single-atom Au decoration and Ce doping, thereby facilitating its potential application in environmental and health-related domains.
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