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随着工业化发展，二丁胺（DBA）和二异丙胺（DIPA）等有害气体威胁环境与人体健康。研究人员制备四角双锥形貌 ZnO 开展检测研究。结果显示，ZnOTD-550 对 DBA 和 DIPA 检测灵敏度高、选择性好。该研究为有害气体监测提供新方向。
在工业飞速发展的时代，各类有毒有害气体不断被排放到环境中，给人们的生活带来了诸多隐患。二丁胺（DBA）和二异丙胺（DIPA）作为化学和制药行业广泛使用的有机合成试剂，在染料、农药、药物等生产中发挥着重要作用。然而，它们就像隐藏在暗处的 “健康杀手”，长期接触会对人体的眼睛、皮肤、呼吸系统、心血管和免疫系统造成严重损害，甚至可能导致死亡。而且，这两种气体还具有较高的爆炸风险，其爆炸浓度范围分别为 0.6 - 6.8% 和 1.1 - 7.1%，对环境安全构成了巨大威胁。美国政府工业卫生学家会议（ACGIH）和世界卫生组织（WHO）分别为 DBA 和 DIPA 设定了短期暴露限值为 5 ppm，这足以证明实时、准确监测这些气体的重要性。
目前，用于检测 DBA 和 DIPA 的金属氧化物（MO）传感器存在诸多问题，比如工作温度高、响应值低、响应速度慢等。虽然氧化锌（ZnO）作为一种 n 型半导体，凭借其 3.37 eV 的宽带隙、高电子迁移率和显著的光电响应，在气体传感领域备受关注，并且通过形貌调制和掺杂开发出的多种 ZnO 基敏感材料对多种气体展现出良好的敏感性，但针对 ZnO 基双灵敏度传感器的研究仍较为有限，尤其是对 DBA 和 DIPA 的双选择性检测，此前尚未有金属氧化物成功应用的报道。
为了解决这些问题，国内研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们成功制备出具有四角双锥形貌的 ZnO 前驱体，并对其在不同煅烧温度下的微观结构变化及其对气敏性能的影响进行了深入探究。研究最终得出重要结论：在 550°C 煅烧后得到的四角双锥形貌 ZnO（ZnOTD-550），拥有独特的结构，其由均匀的纳米颗粒组成，具有宽介孔分布、高比表面积和丰富的氧空位，对 DBA 和 DIPA 表现出高灵敏度和双选择性检测能力。该研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为有害气体监测领域带来了新的突破，有望推动相关行业的安全发展，保障人们的健康和环境安全。
研究人员在实验过程中主要采用了水热法和材料表征技术。水热法用于合成四角双锥形貌的 ZnO 前驱体，通过精确控制反应条件，制备出特定结构的材料。材料表征技术则用于分析反应条件对前驱体微观结构的影响，观察不同条件下合成产物的结构特点，为后续研究提供重要依据 。
四角双锥形貌 ZnO 的制备
研究人员选用分析纯的 Zn (NO3)2、柠檬酸、草酸和尿素，将 0.2 g Zn (NO3)2、0.11 g 柠檬酸、0.14 g 草酸和 0.12 g 尿素分散在 25 mL 超纯水中，室温搅拌 80 分钟形成乳白色浑浊液，再经后续处理得到四角双锥形貌的 ZnO 前驱体。
材料表征
研究发现，反应条件如尿素添加量、温度控制和反应时长对前驱体微观结构影响显著。当某些条件适宜时，合成的多面体具有更完整的四角双锥结构。这一结果表明精确控制反应条件对于制备理想结构材料的重要性，为优化材料性能提供了关键思路。
研究结论与讨论
研究成功制备出四角双锥形貌的 ZnOTD-550，其独特结构优化了气体分子扩散路径，加速扩散速率，暴露出大量活性位点，使其在 133°C 对 100 ppm DBA 展现出显著响应（S = 300.6），在 217°C 对相同浓度 DIPA 也有可比响应（S = 271.5）。同时，该传感器对 DBA 和 DIPA 检测还具备低检测限、优异的长期稳定性、可重复性和抗湿性。这一研究成果意义重大，首次证实了 ZnO 基传感器能够在不同工作温度下对 DBA 和 DIPA 进行高灵敏度和双选择性检测，为有害气体监测领域提供了新的材料选择和研究方向，有望在实际应用中发挥重要作用，保障环境和人类健康。
