基于p-NiO/n-WO3异质结与可控表面形貌的增强型一氧化氮气体传感器研究

本文推荐一种通过表面形貌工程与p-n异质结协同提升气体传感器性能的创新策略。作者利用聚苯乙烯纳米球模板调控三氧化钨(WO3)种子层形貌，通过水热法生长交叉WO3纳米棒阵列增加同质结数量，并沉积p型氧化镍(NiO)纳米颗粒构建p-n异质结。实验表明，NiO修饰使传感器对一氧化氮(NO)的响应值从62.5提升至71.8（Ni含量0.83 at%），X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)证实异质结能垒为1.42 eV，同时具备优异的选择性和湿度稳定性。

　　

Highlight

本研究通过整合表面形貌工程与p-n异质结构建，显著提升了一氧化氮(NO)气体传感器的性能。采用聚苯乙烯纳米球模板修饰三氧化钨(WO₃)种子层表面，利用增大的比表面积生长更多WO₃纳米棒，并通过斜面结构增加交叉同质结数量。沉积低成本p型氧化镍(NiO)纳米颗粒后，传感器响应值从62.5跃升至71.8（Ni含量0.83 at%）。

Experimental results and discussions

为获得单层紧密排列的800 nm聚苯乙烯纳米球，实验对比了不同转速（300/500/700 rpm）的旋涂效果。扫描电镜(SEM)显示：300 rpm时纳米球堆叠不均，500 rpm可形成单层有序排列，而700 rpm会导致覆盖率下降。通过优化参数，最终在石英基底上制备出具有平坦圆形凹槽的SiO₂突起结构，为后续WO₃纳米棒倾斜生长提供理想基底。

Conclusions

气体传感器性能提升的关键在于增加有效传感面积和纳米棒交叉结点数量。本研究创新性地采用聚苯乙烯纳米球模板调控WO₃种子层形貌，结合p-NiO/n-WO₃异质结的能带调控（1.42 eV势垒），实现了对NO气体的高响应（71.8）、强选择性和优异湿度稳定性，为环境监测和医疗诊断提供了新方案。