Oxygen Vacancies Enabled Porous SnO2 Thin Films for Highly Sensitive Detection of Triethylamine at Room Temperature

材料科学 三乙胺 薄膜 氧气 退火(玻璃) 多孔性 氧传感器 制作 检出限 纳米技术 氧化物 化学工程 光电子学 复合材料 有机化学 色谱法 冶金 医学 化学 替代医学 病理 工程类
作者
Yongshan Xu,Lingli Zheng,Yang Chen,Wei Zheng,Xianghong Liu,Jun Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (18): 20704-20713 被引量:354
标识
DOI:10.1021/acsami.0c04398
摘要

Detection of volatile organic compounds (VOCs) at room temperature (RT) currently remains a challenge for metal oxide semiconductor (MOS) gas sensors. Herein, for the first time, we report on the utilization of porous SnO2 thin films for RT detection of VOCs by defect engineering of oxygen vacancies. The oxygen vacancies in the three-dimensional-ordered SnO2 thin films, prepared by a colloidal template method, can be readily manipulated by thermal annealing at different temperatures. It is found that oxygen vacancies play an important role in the RT sensing performances, which successfully enables the sensor to respond to triethylamine (TEA) with an ultrahigh response, for example, 150.5-10 ppm TEA in a highly selective manner. In addition, the sensor based on oxygen vacancy-rich SnO2 thin films delivers a fast response and recovery speed (53 and 120 s), which can be further shortened to 10 and 36 s by elevating the working temperature to 120 °C. Notably, a low detection limit of 110 ppb has been obtained at RT. The overall performances surpass most previous reports on TEA detection at RT. The outstanding sensing properties can be attributed to the porous structure with abundant oxygen vacancies, which can improve the adsorption of molecules. The oxygen vacancy engineering strategy and the on-chip fabrication of porous MOS thin film sensing layers deliver great potential for creating high-performance RT sensors.
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