Engineered Ce 2 Sn 2 O 7 /TiO 2 Heterojunctions for High‐Performance MEMS Ammonia Gas Sensor

异质结 材料科学 检出限 氧化物 纳米复合材料 光电子学 带材弯曲 纳米技术 热液循环 选择性 微电子机械系统 响应时间 电化学气体传感器 金属 甲烷 制作 化学工程 每个符号的零件数 宽禁带半导体 重复性 纳米颗粒 氧化锡 分析化学(期刊) 无机化学
作者
Mathankumar Ganesan,Jin Li,Tongheng Cheng,Fei Wang
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
标识
DOI:10.1002/admt.202502034
摘要

ABSTRACT Pyrochlore‐based metal oxide nanocomposites offer an attractive pathway for developing next‐generation gas sensors by exploiting interfacial charge transfer and band engineering. Here, we report for the first time the use of Ce 2 Sn 2 O 7 /TiO 2 nanocomposites for ultra‐trace NH 3 detection at room temperature. The materials are synthesized via a facile hydrothermal route and systematically evaluated against common volatile organic compounds, including ethanol, acetone, methanol, n‐butanol, isopropanol, and triethanolamine. The Ce 2 Sn 2 O 7 /TiO 2 heterojunction demonstrated outstanding selectivity toward NH 3 , with the optimized CeTi2 sensor delivering an ultrahigh response of 83.8% to 100 ppm, a rapid response time of 12 and 5 s, and an exceptionally low detection limit of 2 ppb under ambient conditions (25°C). At 100°C, the prepared CeTi2 sensor displays a gas sensing response of 82.1% towards 100 ppm of NH 3 . Beyond sensitivity, the device exhibited excellent repeatability and long‐term stability, and ensured reliable operation under realistic environments. Mechanistic analysis revealed that the Ce 2 Sn 2 O 7 /TiO 2 interface induces strong surface band bending and remarkably accelerates charge transport and reversible adsorption–desorption dynamics. This work establishes Ce 2 Sn 2 O 7 /TiO 2 as a pioneering platform for ppt‐level NH 3 detection, offering a powerful combination of selectivity, stability, and energy‐efficient operation for environmental monitoring and industrial safety.
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