MOF衍生Fe2O3/Co3O4异质结的低温高效三乙胺传感性能研究

【编辑推荐】针对传统半导体金属氧化物（MOS）传感器在易燃环境中高温运行的安全隐患及低灵敏度问题，研究人员通过MOF衍生法制备了具有高比表面积和氧空位的Fe2O3/Co3O4异质结材料。该材料在110°C低温下实现三乙胺（TEA）快速检测（响应值36.5，响应/恢复时间21s/33s），灵敏度较纯Co3O4提升4.17倍，为工业安全与食品监测提供了新方案。

　　

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论文解读

三乙胺（TEA）既是化工原料又是海鲜腐败标志物，但其易燃易爆特性使传统检测面临安全挑战。当前半导体金属氧化物（MOS）传感器依赖高温工作（>250°C），存在能耗高、响应慢等瓶颈。陕西科技大学团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，通过MOF（金属有机框架）衍生策略构建Fe₂O₃/Co₃O₄异质结，实现了TEA的低温高效检测。

关键技术方法

1. 一步溶剂热法合成MOF前驱体：以Co(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O为金属源，BDC为配体，DMF为溶剂。
2. 可控退火形成异质结：前驱体经退火转化为Fe₂O₃/Co₃O₄复合材料，保留多孔结构并产生氧空位。
3. 多维度表征：XRD确认物相，SEM/TEM观察纳米网-纳米球分级结构，XPS验证氧空位存在。

研究结果

1. 材料制备与表征：XRD显示Co₃O₄（JCPDS 42-1467）与Fe₂O₃（JCPDS 33-0664）共存；SEM揭示Co₃O₄纳米网支撑Fe₂O₃纳米球的独特形貌，比表面积达89.6 m²/g。
2. 气敏性能：110°C下对50 ppm TEA响应值达36.5，较纯Co₃O₄提升4.17倍，且具备21s/33s的超快响应/恢复时间。
3. 机理分析：DFT计算表明异质结界面吸附能（-2.31 eV）显著增强；氧空位促进氧物种活化，协同多孔结构加速气体扩散。

结论与意义
该研究通过MOF衍生异质结工程，突破传统MOS传感器的高温限制，在110°C低温下实现TEA的高灵敏、快速检测。Fe₂O₃/Co₃O₄的协同效应（电荷分离、氧空位、多孔结构）为设计低功耗气体传感器提供新思路，在工业泄漏预警和海鲜变质监测中具应用潜力。