钆掺杂三氧化钼纳米棒传感器高响应性三乙胺气体检测：实验与第一性原理研究

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Highly responsive detection of triethylamine gas based on Gd-doped MoO 3 nanorod sensors: an experimental and first-principles study

本研究通过一步水热法合成钆（Gd）掺杂MoO3纳米棒，首次将稀土元素特性与金属氧化物半导体（MOS）传感器结合，实现对三乙胺（TEA）的高灵敏度检测（响应值65.8/10 ppm）、快速响应（16 s）及优异选择性，为开发高性能TEA传感器提供新策略。

　　

Structural and morphological characterization

通过粉末X射线衍射（XRD）分析研究了纯MoO₃和Gd掺杂MoO₃纳米棒的晶体结构和相纯度。如图2所示，纯MoO₃在12.7°、23.3°、25.7°、27.3°、33.7°、39.0°、46.3°、49.2°和58.8°处显示出尖锐的衍射峰，分别对应正交相MoO₃（JCPDS No.05-0508）的（0 2 0）、（1 1 0）、（0 4 0）、（0 2 1）、（1 1 1）、（0 6 0）、（2 0 0）、（0 0 2）和（0 8 1）晶面，证实其高结晶度和相纯度。所有Gd掺杂样品均保持相同的晶体结构，但随着Gd掺杂量的增加，衍射峰强度逐渐降低且轻微宽化，表明掺杂引起晶格畸变和结晶度下降。值得注意的是，在掺杂样品中未观察到Gd相关杂相峰，表明Gd成功融入MoO₃晶格而非形成分离相。

Conclusions

总之，我们通过简便的一步水热法合成了Gd掺杂MoO₃纳米棒，并系统评估了其TEA传感性能。在该系列中，3 mol% Gd-MoO₃传感器展现出最佳的结构和电子性能平衡，在150°C下对10 ppm TEA的峰值响应约为65.8，响应时间仅16秒。此外，它在五个连续循环中保持优异的再现性、对常见干扰物的强选择性以及超过30天的出色长期稳定性。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，Gd掺杂和伴随的氧空位协同增强了TEA吸附和电荷转移。该研究为开发高性能稀土掺杂MOS气体传感器提供了有价值的见解。