黑胡椒辅助的溶胶-凝胶自燃法合成掺钇钴铁氧体，并对其光催化降解染料效率的提升进行了表征

《Materials Science and Engineering: B》：Black pepper assisted sol-gel auto-combustion synthesis of yttrium doped cobalt ferrite and characterizations for enhancement of photocatalytic dye degradation efficiency

本研究以乙醇和乙二醇为溶剂合成ZnFe2O4微球，并通过超声分散制备MoS2-ZnFe2O4复合材料。5% MoS2-ZnFe2O4（MZF-5）在200℃时对丙酮表现出最高响应值40.0–100 ppm，响应时间31.7秒，恢复时间103.3秒，具有优异选择性、循环稳定性和低检测限。MoS2的引入通过促进ZnFe2O4微球破碎形成壳纳米片结构，增强氧空位和活性位点暴露，从而提升传感性能。

　　近年来，随着社会的发展和生活方式的变化，全球范围内的肥胖问题日益严重。肥胖与多种慢性疾病之间的关联性也逐渐被科学界所重视，尤其是在糖尿病的早期诊断方面。研究表明，肥胖人群相较于体重正常者，罹患糖尿病的风险显著增加。因此，早期发现糖尿病对于疾病的管理与预防具有重要意义。在临床实践中，糖尿病患者呼出的气体中往往含有较高浓度的酮类物质，特别是丙酮。数据显示，糖尿病患者的呼出气体中丙酮浓度通常在1.8至3.7 ppm之间，而健康人群的丙酮浓度则普遍低于0.9 ppm。这表明，通过检测低浓度丙酮，可以作为一种有效的手段，用于糖尿病的早期筛查与诊断，从而实现更及时的干预和治疗。

在医疗诊断技术不断进步的背景下，气体传感器作为一种便捷、快速的检测工具，逐渐受到关注。特别是基于金属氧化物半导体（MOS）的化学电阻型气体传感器，因其对挥发性有机化合物（VOCs）的高灵敏度和良好的稳定性而被广泛应用于各类气体检测场景。这类传感器通常通过改变电阻值来响应气体的存在，其性能受到材料结构、表面特性以及气体与材料之间相互作用机制的深刻影响。因此，如何优化金属氧化物材料的结构和性能，成为提升气体传感器检测能力的关键。

近年来，人们发现将金属氧化物与二维材料相结合，可以显著改善气体传感器的性能。二维材料，如二硫化钼（MoS?），因其独特的层状结构和优异的电子性能而备受青睐。MoS?具有较大的比表面积，能够提供丰富的活性位点，同时具备良好的电子迁移能力，这使得其在气体传感领域具有广阔的应用前景。研究表明，将MoS?与金属氧化物结合，可以增强材料的吸附能力，提高气体响应的灵敏度，同时降低传感器的工作温度，提升其选择性。

基于上述研究背景，本研究采用了一种简便的方法，合成了系列MoS?-ZnFe?O?复合材料。ZnFe?O?作为一种典型的尖晶石型氧化物，因其在气体传感方面的优良特性而被广泛研究。其独特的晶体结构和表面特性使其能够有效吸附气体分子，并在一定的温度下表现出良好的响应能力。然而，ZnFe?O?在实际应用中仍存在一些局限性，例如工作温度较高、选择性较差等。为了克服这些缺点，研究者们尝试通过引入二维材料来改善其性能。

本研究中，首先采用溶热-煅烧法合成了ZnFe?O?中空微球，随后通过超声分散技术将其与不同体积的MoS?分散液结合，最终获得了MoS?-ZnFe?O?复合材料。通过系统地研究MoS?的引入对复合材料结构、形态、表面特性以及气体传感性能的影响，发现MoS?的加入显著改变了ZnFe?O?中空微球的结构，使其发生破碎，形成独特的壳-纳米片结构。这种结构不仅促进了气体分子的传输，还优化了气体扩散路径，提高了氧空位的含量，从而增强了材料对丙酮的响应能力。

进一步的实验表明，MoS?的引入有助于暴露ZnFe?O?表面的活性位点，从而进一步提升其气体传感性能。此外，MoS?的加入使得复合材料在低浓度丙酮检测方面表现出优异的灵敏度和选择性。在200℃的条件下，MZF-5（即5 wt% MoS?-ZnFe?O?复合材料）对5-100 ppm丙酮的响应值达到40.0，显示出良好的检测能力。同时，其响应时间和恢复时间分别为31.7秒和103.3秒，表明其具有较快的响应速度和良好的恢复性能。

在气体传感测试中，MZF-5表现出优于其他复合材料的丙酮检测性能。这表明，MoS?的引入不仅优化了ZnFe?O?的结构，还显著提升了其气体传感能力。此外，研究还提出了一种可能的丙酮传感机制，即MoS?与ZnFe?O?之间的协同作用促进了丙酮分子的吸附与反应，从而提高了检测的灵敏度和选择性。

在材料表征方面，通过X射线衍射（XRD）分析了复合材料的相组成。结果表明，ZnFe?O?中空微球的衍射峰出现在30.1°、35.4°、43.0°、53.3°、56.8°和62.4°，对应于立方尖晶石结构的[220]、[311]、[400]、[422]、[511]和[440]晶面。而MoS?的衍射峰则出现在14.6°、32.8°、39.7°和50.0°，显示出其独特的层状结构。这些表征结果进一步证实了MoS?与ZnFe?O?复合材料在结构上的显著变化。

此外，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的形态进行了详细观察。结果表明，MoS?的引入使得ZnFe?O?中空微球发生破碎，形成了独特的壳-纳米片结构。这种结构不仅提高了材料的比表面积，还优化了气体分子的传输路径，从而增强了气体传感性能。同时，X射线光电子能谱（XPS）分析进一步揭示了MoS?的加入对材料表面化学状态的影响，表明其能够增加氧空位的含量，提高材料的活性位点密度，从而增强其对丙酮的吸附和反应能力。

本研究的成果不仅为糖尿病的早期筛查提供了新的思路，也为气体传感器的开发和优化提供了重要的理论支持和实验依据。通过将MoS?与ZnFe?O?结合，可以显著提升其气体传感性能，特别是在低浓度丙酮检测方面。这种复合材料具有良好的选择性、循环稳定性以及低检测限，显示出在实际应用中的巨大潜力。

此外，本研究的成果也为金属氧化物与二维材料的结合提供了新的研究方向。通过调控MoS?的含量，可以进一步优化复合材料的性能，使其在特定气体检测中表现出更优异的响应能力。这种研究方法不仅适用于丙酮检测，还可以推广至其他气体的检测，为开发多功能、高灵敏度的气体传感器提供了参考。

综上所述，本研究通过合成MoS?-ZnFe?O?复合材料，成功提升了其对丙酮的检测性能。这一成果不仅在糖尿病早期诊断方面具有重要意义，也为气体传感器的发展提供了新的思路和实验依据。未来，随着对材料结构和性能的进一步研究，有望开发出更加高效、精准的气体检测技术，为医疗健康和环境监测等领域带来更大的价值。