ZnO Nanorod-Immobilized Pt Single-Atoms as an Ultrasensitive Sensor for Triethylamine Detection

材料科学 纳米棒 吸附 三乙胺 选择性 催化作用 分子 氧气 光化学 密度泛函理论 分析化学(期刊) 化学工程 纳米技术 物理化学 有机化学 化学 计算化学 工程类
作者
Lingyue Liu,Chengliang Mao,Heyun Fu,Xiaolei Qu,Shourong Zheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (13): 16654-16663 被引量:111
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21410
摘要

Triethylamine (TEA) is a flammable and highly toxic gas, and the fast, accurate, and sensitive detection of gas TEA remains greatly challenging. Herein, we report a ZnO nanorod anchored with a single-atom Pt catalyst (Pt 1 /ZnO) as a gas sensor for TEA detection. The sensor shows high selectivity and high response to gas TEA with a response value of 4170 at 200 °C, which is 92 times higher than that of pure ZnO. Moreover, the Pt 1 /ZnO sensor has very short response and recovery times of only 34 and 76 s, respectively, and also has a high response to ppb-level TEA gas (100 ppb-21.6). The gas-sensing enhancement mechanism of the Pt 1 /ZnO sensor to gas TEA was systematically investigated using band structure analysis, in situ diffuse reflectance infrared Fourier transformation spectroscopy, and density functional theory calculations. The results show that the oxygen vacancies on Pt 1 /ZnO can effectively activate the adsorbed oxygen. Moreover, chemical bonds can be formed between Pt single atoms and N atoms in TEA to achieve effective adsorption and activation of TEA molecules, facilitating the reaction between TEA and the adsorbed oxygen on Pt 1 /ZnO, and thereby obtaining high gas-sensing performance. This work highlights the crucial role of Pt single-atom in improving the sensing performance for gas TEA detection, paving the way for developing more advanced gas sensors.
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