双功能SnO2:La3+//CeO2:Eu3+ Janus纳米纤维传感器：兼具高灵敏度n-丁醇检测与荧光示踪薄膜破损的创新设计

针对传统金属氧化物半导体(MOS)气体传感器功能单一的问题，研究人员通过平行静电纺丝技术构建了SnO2:La3+//CeO2:Eu3+ Janus纳米纤维，实现了对n-丁醇的高灵敏度检测（响应值198@100 ppm）和薄膜破损的荧光示踪。该工作为多功能传感器设计提供了新思路，相关成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

　　

在工业生产和实验室环境中，n-丁醇作为一种常见挥发性有机物，其浓度超标会引发严重的健康风险。传统金属氧化物半导体(MOS)气体传感器虽广泛应用，但存在功能单一、无法实时监测器件完整性等瓶颈。更棘手的是，现有传感器对n-丁醇的响应值普遍较低（如SnO₂立方体传感器仅175%响应），且缺乏对传感薄膜机械损伤的直观检测手段。

长春理工大学的研究团队创新性地将稀土掺杂与异质结工程相结合，通过平行静电纺丝技术制备了具有Janus结构（注：两面不同性质的纳米结构）的SnO₂:La³⁺//CeO₂:Eu³⁺双功能纳米纤维。该材料在220°C下对100 ppm n-丁醇的响应值高达198，是纯SnO₂纳米纤维的21倍，同时通过Eu³⁺离子的⁵D₀→⁷F_J跃迁产生红色荧光，实现了薄膜破损的可视化监测。这项突破性工作发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

关键技术方法
研究采用平行静电纺丝同步制备SnO₂:La³⁺和CeO₂:Eu³⁺前驱体纤维，经氧化煅烧形成Janus结构；通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构，紫外激发测试荧光特性；构建薄膜传感器测试气敏性能，优化La³⁺/Eu³⁺掺杂浓度至5 mol%。

研究结果

1. 晶体相与形貌特征
   XRD证实材料保持SnO₂四方晶系和CeO₂立方晶系，稀土掺杂未改变晶型。电镜显示Janus纤维直径均匀，异质界面清晰。

2. 气敏性能提升机制
   n-n型异质结（注：两种n型半导体接触形成的界面）促进电子转移，La³⁺掺杂增加氧空位浓度，使响应时间缩短至33秒，恢复时间35秒，长期稳定性优异。

3. 荧光破损检测应用
   365 nm紫外光激发下，完整薄膜呈现均匀红光；局部荧光缺失直接指示薄膜裂纹或脱落，为实际应用提供质量监控手段。

结论与意义
该研究首次将Janus结构、稀土掺杂与异质结效应三重策略融合，创造了兼具超高气敏响应（Ra/Rg=198）和荧光自诊断功能的双功能传感器。其创新性体现在：①突破传统传感器单一检测局限；②通过Eu³⁺荧光实现器件完整性实时监测；③为开发"自感知"型智能传感器提供范式。这种材料设计思路可拓展至其他有害气体检测领域，具有重要的工业安全应用价值。