构建具有丰富氧空位和内建电场的ZnO-CuO异质结用于水果品质实时监测

（编辑推荐）本研究通过ZIF-8拓扑转化制备富含氧空位（VO）的ZnO，并构建CuO-ZnO-VO p-n异质结，其内建电场（IEF）显著提升电子转移效率，使传感器对20 ppm乙醇的响应值达8.5，响应/恢复时间仅11/16秒。该研究为水果贮藏过程中挥发性有机物（VOCs）实时监测提供了新型物联网（IoT）传感方案。

　　

Highlight

半导体乙醇传感器因其紧凑轻量化、易集成和智能化特性，在水果贮藏实时监测中展现出巨大潜力。然而，如何同时实现高灵敏度、长期稳定性和快速响应仍是挑战。

气体传感机制

气体传感器的响应通常取决于氧化还原反应引发的载流子转移。具体而言，目标气体与表面活化氧（O^2-）的氧化还原反应会导致材料电阻显著变化。当氧气被活化时，电子从价带转移至氧分子，形成不同状态的活性氧物种（如O₂^-或O^-），其活化程度与工作温度密切相关。

结论

通过ZIF-8拓扑转化制备的ZnO-CuO-V_O纳米球具有丰富的氧空位，其p-n异质结形成从CuO指向ZnO的内建电场。密度泛函理论（DFT）计算表明，氧空位显著增强了乙醇分子的吸附活化能力，而内建电场放大了电子转移效应，使材料电阻变化率提升近10倍。该传感器对20 ppm乙醇的快速响应（11秒）和优异稳定性，为水果新鲜度监测提供了创新解决方案。