三维反蛋白石结构MoS2修饰SnO2用于超高灵敏度NO2传感研究

针对NO2气体检测灵敏度低、选择性差等问题，研究人员通过构建三维反蛋白石结构(3DIO)SnO2并负载MoS2纳米片，开发出响应值达201（10 ppm NO2）的高性能传感器，其快速响应/恢复时间（32 s/9 s）和优异选择性为环境监测与健康防护提供新方案。

　　

随着空气污染对健康影响的日益凸显，氮氧化物(NO_x)中的二氧化氮(NO₂)因其强氧化性和毒性被美国环保署列为典型污染物。据世界卫生组织统计，全球每年约200万人因NO₂暴露过早死亡，而其在工农业中的广泛应用又加剧了监测需求。传统金属氧化物半导体(MOS)传感器虽成本低廉，但存在响应值低（SnO₂仅22.3）、稳定性差等瓶颈。郑州大学的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表研究，通过创新性地将二维二硫化钼(MoS₂)纳米片与三维反蛋白石结构(3D inverse opal, 3DIO)SnO₂复合，实现了NO₂检测性能的突破性提升。

研究采用喷雾干燥法制备聚苯乙烯(PS)光子球模板，通过溶胶-凝胶工艺构建3DIO SnO₂骨架，再超声负载不同比例MoS₂纳米片。借助TEM、XPS等技术表征材料形貌与元素分布，系统测试了传感器在65°C下的气敏性能。

结构表征显示3DIO SnO₂具有74%孔隙率的周期性宏孔结构，MoS₂纳米片均匀分散于骨架表面。气敏性能测试表明，1.5 wt% MoS₂负载量使传感器对10 ppm NO₂的响应值达201，是纯SnO₂的9倍，且响应/恢复时间分别缩短至32秒和9秒。机理分析揭示三维宏孔结构大幅增加活性位点暴露，而MoS₂与SnO₂形成的p-n异质结通过能带弯曲产生耗尽层，促进界面电荷转移。

该研究不仅为高灵敏度NO₂传感器设计提供了"三维骨架+二维修饰"的新思路，其提出的3DIO结构优化策略更可拓展至其他气体传感器开发。传感器在30天测试后仍保持90%初始性能，兼具实际应用所需的稳定性，对实现工业排放精准监控和大气污染预警具有重要意义。