基于退火调控氧空位的非晶态钴锡氧化物纳米盒实现低温三乙胺高敏传感

针对三乙胺(TEA)检测在环境监测与工业安全中的重大需求，研究人员创新性地通过碱蚀刻结合退火工艺制备了非晶态空心CoSnO3纳米盒(HCSO-200)。该材料在120oC下对50 ppm TEA的响应值(Rg/Ra=24.5)较晶体材料提升4.2倍，兼具优异重复性与稳定性，为开发高性能单组分非晶半导体气体传感器提供了新思路。

　　

三乙胺(TEA)作为一种具有强烈鱼腥味的挥发性有机化合物(VOCs)，在制药、农业和聚合物制造等领域应用广泛，但高浓度暴露会导致眼刺激、呼吸系统损伤甚至中枢神经毒性，同时其浓度变化还是水产品腐败的重要生物标志物。尽管半导体金属氧化物(SMO)传感器因高灵敏度、低成本等优势被广泛研究，但传统晶体材料往往需要通过贵金属负载、元素掺杂等复杂改性手段提升性能。近年来，非晶材料因其无序原子排列和丰富缺陷位点展现出优越的气敏特性，但现有研究多聚焦于非晶/晶体异质结构，单组分非晶材料的开发仍面临挑战。

吉林大学的研究团队在《Talanta》发表研究，创新性地以CoSn(OH)₆纳米立方体为前驱体，通过碱蚀刻结合精确控温退火工艺，成功制备出具有可调氧空位的非晶空心CoSnO₃纳米盒(HCSO-200)。研究采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面积测试(BET)表征材料结构，通过X射线光电子能谱(XPS)分析氧空位浓度，并系统测试了材料对TEA的气敏性能。

结构形貌特征
XRD证实碱蚀刻后的CoSn(OH)₆保持晶体结构，而200°C退火后转变为非晶态CoSnO₃。TEM显示空心纳米盒结构显著增加比表面积至262.4 m²/g，XPS揭示退火温度可精准调控氧空位浓度。

气敏性能测试
HCSO-200传感器在120°C下对50 ppm TEA的响应值达24.5，是晶体材料的4.2倍，且具备优异的选择性、重复性和30天长期稳定性。对比实验表明，非晶结构、空心形貌与优化氧空位的协同效应是性能提升的关键。

结论与意义
该研究不仅开发出高性能单组分非晶TEA传感器材料，更通过退火温度-非晶化程度-氧空位浓度的精准调控策略，为其他非晶半导体气敏材料设计提供了范式。空心结构设计大幅提升比表面积，而优化的氧空位浓度增强了表面吸附与反应活性，最终实现低温、高灵敏的TEA检测。这项工作推动了非晶材料在环境监测、食品安全等领域的实用化进程。