Scalable Fabrication of Cataluminescent Sensing Films with Enhanced Selectivity for Iso -Butanol over Structural Isomers

制作 选择性 化学 双功能 吸附 纳米技术 检出限 复合数 泥浆 化学工程 可扩展性 分子 校准 灵敏度(控制系统) 化学传感器 介孔材料 工作(物理)
作者
Yuchun Chen,Zhicong Lin,Yulin Jiang,Shanshan Yang,Yanbo Wang,Zhiming Huo,R. Zhang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (1): 277-289
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c04266
摘要

The broad use of gas sensors requires high selectivity and sensitivity together with scalable, reproducible fabrication of sensing films. Here, we report a slurry blade-coating route to thick-film MgO, SiO2, and MgO-SiO2 composite cataluminescence (CTL) sensing layers with controlled thickness and consistent performance. The MgO-SiO2 composite exhibited enhanced markedly selectivity for iso-butanol (IBA) over its structural isomers, while maintaining rapid and reversible response characteristics. The calibration was linear from 15 to 580 mg/m3, with a detection limit of 8.4 mg/m3 (S/N = 3). Practical applicability was demonstrated by online monitoring of IBA production during Saccharomyces cerevisiae fermentation, where the sensor outputs closely matched gas chromatography-mass spectrometry measurements. Mechanistic investigations revealed that acid-base bifunctional ensembles formed at interfacial Mg-O-Si domains can moderate the surface basicity of MgO, tune adsorption energetics, and redirect the oxidation pathway, which potentially contribute to the observed enhancement in selectivity. This work pioneers a scalable route to high-performance CTL sensor fabrication and provides molecular-level insights into selective gas sensing, paving the way for next-generation sensors tailored for complex environments.
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