镁铝层状双氢氧化物薄膜的化学转化原位生长策略及其室温NO2传感性能研究

本文创新性地采用化学转化法在基底上直接生长镁铝层状双氢氧化物（MA-LDH）薄膜，通过氧化镁（MgO）模板转化形成多孔微片结构，显著提升比表面积和气体可及性。该MA-LDH薄膜在室温（300±2 K）下对NO2表现出高选择性（54%响应值）、快速响应（10秒）和低检测限（0.02 ppm），且具备优异湿度耐受性，为高性能半导体气体传感器（chemiresistive gas sensors）的开发提供了新思路。

　　

Highlight

Materials

硝酸镁六水合物（Mg(NO₃)₂·6H₂O；99%）和硝酸铝九水合物（Al(NO₃)₃·9H₂O；≥98%）购自Sigma-Aldrich化学公司（英国）。尿素（CO(NH₂)₂；99%）购自S. D. Fine化学品公司，氨水（NH₄OH；25%）购自Qualigens，均直接使用无需纯化。采用玻璃基底合成原始氧化镁（MgO）和镁铝层状双氢氧化物（MA-LDH）薄膜。

Synthesis of MA-LDH TFs

采用化学浴沉积法（CBD）在钠钙玻璃上合成氧化镁（MgO）薄膜。

XRD and FTIR study

通过X射线衍射（XRD）分析探究原始氧化镁（MgO）和化学转化生成的镁铝层状双氢氧化物（MA-LDH）薄膜的晶体结构。图2(a)展示了化学转化生成的MA-LDH薄膜与原始MgO薄膜的XRD图谱对比。原始MgO薄膜显示出对应立方结构（JCPDS: 078-0430）的（111）、（200）和（220）晶面衍射峰。经过初始30分钟后，与MgO相关的XRD峰强度开始下降，并逐渐形成MA-LDH的特征衍射峰。

Conclusion

总之，我们通过化学转化预沉积的氧化镁（MgO）薄膜，成功合成了多孔微片结构的镁铝层状双氢氧化物（MA-LDH）薄膜，用于在300±2 K温度下检测二氧化氮（NO₂）气体。MA-LDH薄膜展现出扩大的比表面积和由互联纳米颗粒网络构成的多孔微片形态。MA-LDH-3传感器在300±2 K下对氧化性气体（SO₂、NO₂和Cl₂）和还原性气体（液化石油气LPG、H₂、H₂S、CO、CO₂和NH₃）进行了传感测试，表现出对NO₂气体的卓越选择性。