ZnO量子点敏化生物模板In2O3微管实现低温双选择性检测三乙胺和正丁醇

本文报道了一种基于ZnO量子点（QD）敏化生物模板In2O3微管（BIN）的双选择性气体传感器，实现了在低温（100°C/200°C）下对三乙胺（TEA）和正丁醇的高灵敏度、高选择性检测。该研究通过生物模板法与异质结（heterojunction）工程相结合，利用密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟揭示了其双选择性机理，为设计低成本、低功耗的多功能气体传感器提供了新策略。

　　

Highlight

Section snippets

Synthesis of hierarchical porous BIN/ZQ composites

所有试剂（详细信息见补充信息表S1）均为购买且未经进一步纯化。ZnO量子点（QD）根据先前报道的方法制备。对于BIN的合成，从校园收集的废弃玫瑰茎经过剥皮、切成小棒后，在5%氨水中回流24小时。处理后的茎用去离子（DI）水洗至中性并干燥。此预处理旨在去除茎中的部分有机物，以暴露其分级多孔结构，为后续氧化铟的负载提供模板。

Results and discussion

BIN/ZQ复合材料的简易制备过程如图1a所示，包括生物模板辅助合成BIN以及后续的ZnO量子点修饰。玫瑰茎作为低成本、易得的生物模板，经氨水处理后显示出由柔软薄壁构成的分级多孔结构（图S1a-c）。In³⁺浸泡玫瑰茎的红外光谱证实了成功负载。

Conclusion

总之，本文报道了通过简易生物模板法合成纳米颗粒组装的多孔In₂O₃微管。经过ZnO量子点修饰后，所得的BIN/ZQ复合材料显示出温度依赖性的双选择性检测能力，可针对正丁醇和三乙胺（TEA）气体。在优化含量比例后，BIN/ZQ-0.15复合材料在相对较低的100°C下对TEA、在200°C下对正丁醇均表现出最高响应，并具备ppb级检测限和长期稳定性。通过分子动力学结合密度泛函理论（DFT）模拟，首次深入探讨了其在不同温度下产生双选择性的原因。这项工作为设计具有双选择性、低工作温度和成本效益的气体传感器提供了启发。

CRediT authorship contribution statement

Weichao Li: 验证，调查，概念化。 Feng Wang: 方法论，形式分析，数据整理。 Degen Chen: 验证，软件，形式分析，数据整理。 Yingying Deng: 撰写初稿，方法论，调查，形式分析，数据整理。 Kui Zhang: 资源，项目管理，资金获取。 Lifang He: 审阅编辑，验证，监督，资源，方法论，调查。 Xiangfeng Chu: 资源，方法论。 Jian Zhang: 监督，资源，项目管理，资金获取。

Declaration of Competing Interest

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文报告的工作。

Acknowledgements

本工作得到了国家自然科学基金（批准号：62271006, 22474003, 22106005, 21976002 和 61603001）、安徽省自然科学基金（2408085JX004）以及马鞍山市科技攻关项目（RGZN202302）的资助。