Ag纳米颗粒修饰La掺杂In2O3分级微球：高性能氢气传感器的协同增强效应

《Sensors and Actuators Reports》：Conductmetric hydrogen gas sensor: Ag nanoparticles modified La-doped In 2O 3 hierarchical microspheres

本文报道了通过水热法和原位还原技术制备的微米花状Ag/La-In2O3复合材料，该传感器在200℃工作温度下对H2展现卓越性能（响应值70.82@500ppm，检测限19.99ppb），揭示了贵金属修饰与稀土掺杂的协同增强机制（Schottky结/氧空位），为高性能气体传感器设计提供新范式。

　　

亮点

通过Ag纳米颗粒修饰和La掺杂的协同作用，显著提升In₂O₃对氢气的传感性能

微米花分级结构提供高比表面积，Ag纳米颗粒形成肖特基结增强电荷分离

最佳样品3%Ag/La-In₂O₃在200℃实现70.82响应值（500ppm H₂）和19.99ppb检测限

结构形貌特征

XRD图谱显示La成功掺杂In₂O₃晶格引起（222）晶面左移，Ag负载后出现金属银特征峰。SEM显示微米花由纳米片自组装形成，Ag纳米颗粒（5-10nm）均匀锚定在La-In₂O₃表面。XPS证实La³⁺取代In³⁺形成氧空位，Ag以金属态存在并增强表面化学吸附氧浓度。

气敏性能分析

3%Ag/La-In₂O₃传感器在200℃展现最佳性能：对500ppm H₂响应值达70.82（较纯In₂O₃提升约12倍），响应/恢复时间缩短至15s/27s。传感器具备优异选择性（对乙醇/丙酮响应比<3）和长期稳定性（30天衰减<5%），检测限低至19.99ppb。性能提升归因于Ag的催化溢流效应与La掺杂氧空位的协同作用。

增强机制探讨

La掺杂增加氧空位浓度促进气体分子吸附解离，Ag纳米颗粒通过形成肖特基结调控载流子传输路径。原位红外光谱显示Ag加速H₂解离为活性H^*，分级结构提供三维气体扩散通道。电化学测试表明复合材料电荷转移电阻降低58%，证实界面协同效应增强气敏反应动力学。

结论

通过水热法和原位还原法成功构建微米花状Ag/La-In₂O₃传感器，其卓越的H₂传感性能（高响应、快速响应、低工作温度、低检测限）源于贵金属修饰与稀土掺杂的协同机制，为设计高性能MOS气体传感器开辟新途径。