钨掺杂增强水热合成镍钛酸镍(NiTiO3)的物理化学与电学特性及其在H2S气体传感中的应用

研究人员通过水热法合成钨掺杂镍钛酸镍(WNiTiO3)纳米颗粒，系统研究了W掺杂浓度对NiTiO3物理化学及电学特性的影响。结果表明，W掺杂导致晶粒尺寸减小、带隙窄化(2.90→2.78 eV)，并显著提升H2S气敏性能，10 mM掺杂样品在250°C下对100 ppm H2S响应值达88.66，响应/恢复时间仅20/26秒，为高性能气体传感器开发提供新思路。

　　

这项突破性研究展示了钨(W)掺杂如何赋予镍钛酸镍(NiTiO₃)纳米材料卓越的理化特性。通过精密的水热合成法，科研团队成功制备出不同W掺杂浓度的WNiTiO₃纳米颗粒。X射线衍射(XRD)数据揭示有趣现象：随着W掺杂量增加，材料结晶尺寸逐渐减小，而位错密度和微应变则持续升高。

光学分析显示W掺杂引发显著的带隙窄化效应，将材料带隙从2.90 eV优化至2.78 eV。傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)共同证实W原子成功取代了晶格中的钛(Ti)位点。更令人振奋的是，扫描电镜(SEM)观测到W掺杂使颗粒尺寸明显减小，大幅提升材料的比表面积。

热重分析(TGA)证明W掺杂显著增强材料热稳定性。电学测试发现掺杂样品电阻升高，这归因于电荷载流子散射和晶格畸变效应。在气敏性能测试中，10 mM W掺杂的NiTiO₃传感器展现出对H₂S气体的超凡灵敏度——在250°C工作温度下，对100 ppm H₂S的响应值高达88.66，且具备闪电般的响应速度(20秒)和恢复速度(26秒)。该传感器还表现出优异的选择性和长达60天的稳定性，为工业级有毒气体监测设备开发铺平道路。