Pt-Triggered Reversal in Acetone Sensing: Crystal Phase-Dependent Dispersion Governs Performance of Fe 2 O 3

作者
Tianjun Hu,Mei Kang,Yaru Chen,Yuzhu Tian,Ying Wang,J. L. Li,Junming Zhang,Ergui Luo,Baoliang Lv,Jianfeng Jia
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:11 (1): 190-201
标识
DOI:10.1021/acssensors.5c02766
摘要

The crystal phase of metal oxide supports critically governs the gas-sensing performance by modulating metal-support interactions. This study reveals a counterintuitive "reversal effect" induced by Pt modification on the acetone-sensing properties of γ-Fe2O3 and α-Fe2O3. Despite pristine α-Fe2O3 exhibiting a 9.4-fold higher response to acetone than γ-Fe2O3 (179 vs 19), even though the latter possesses a 4-fold larger specific surface area, Pt functionalization dramatically reverses this performance hierarchy. After loading 0.3 wt % Pt, Pt-Fe2O3-γ achieves an exceptional response of 1470 to 100 ppm acetone (77-fold enhancement over pristine γ-Fe2O3), whereas Pt-Fe2O3-α suffers a 9.4-fold reduction. Oxygen temperature-programmed desorption (O2-TPD) and structural characterization demonstrate that this reversal stems from the crystal phase-dependent Pt dispersion: γ-Fe2O3 facilitates atomic dispersion of Pt, optimizing gas adsorption and electron transfer, while α-Fe2O3 promotes Pt nanoparticle aggregation, which impedes charge transport despite enhanced oxygen adsorption. This work elucidates a new mechanism wherein the support crystal phase dictates noble metal dispersion states to control sensing behavior, providing a paradigm for designing phase-engineered sensing materials.
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