基于轻木模板法构建的球形ZnO室温高效NO气体传感器研究

为解决工业化进程中NOx污染监测难题，研究人员以轻木（balsa wood）为模板，通过水热-煅烧法合成球形ZnO材料（ZnO-ET6），成功开发出室温下高选择性检测NO的气体传感器。该传感器对4?ppm NO的响应值达1.9，响应/恢复时间仅58/28?s，且在25天内性能稳定。此研究为开发低成本、高稳定性的室温气体传感器提供了新策略。

　　

研究背景与意义
氮氧化物（NO_x）是威胁环境和人类健康的主要污染物之一，传统ZnO基传感器需高温工作（300–350?°C），存在能耗高、稳定性差等缺陷。如何实现室温高效检测成为研究热点。自然界中生物模板的独特结构为材料设计提供了灵感，但现有生物模板法制备的ZnO传感器多需高温工作。针对这一瓶颈，吉林大学等机构的研究人员创新性地采用轻木（balsa wood）为模板，开发出室温下高性能NO传感器，成果发表于《Microchemical Journal》。

关键技术方法
研究通过水热法（hydrothermal method）和高温煅烧法（calcination）合成球形ZnO：以乙醇为溶剂浸渍轻木模板，锌源为二水合醋酸锌（Zn(AC)₂·2H₂O），经氨水调节pH后煅烧去除模板。通过对比乙醇（EtOH）、乙二醇（EG）等溶剂及不同煅烧温度优化材料性能。

研究结果

1. 材料优化：乙醇溶剂制备的ZnO-ET6比表面积更大，孔结构更优，对NO的响应值（1.9）显著高于无模板样品（1.01）。
2. 传感性能：ZnO-ET6在0.5–8?ppm NO浓度范围内呈线性响应，对4?ppm NO的响应/恢复时间分别为58?s和28?s，且在14–60%湿度下25天内性能稳定。
3. 机理分析：轻木模板形成的分级多孔结构增加了活性位点，促进室温下氧物种（O₂^?）吸附，加速NO与ZnO表面的电子转移。

结论与意义
该研究首次将轻木模板应用于室温NO传感器，解决了传统ZnO材料室温响应弱、湿度干扰大的问题。ZnO-ET6的快速响应和长期稳定性为工业NO_x实时监测提供了可靠方案，其生物模板合成策略可拓展至其他气敏材料开发。研究团队（Liwen Wei、Xi Liu等）强调，该方法成本低、易规模化，对推动绿色传感技术发展具有重要意义。