结晶度与孔隙率双重调控策略构建高性能LaFeO3甲醇气体传感器及其机理研究

本研究通过结晶度-孔隙率双重调控策略（Crystallinity-Porosity Dual Engineering），成功制备了具有超高灵敏度（S=300@100 ppm）、快速响应/恢复（23 s/25 s）和低工作温度（150 °C）的LaFeO3（LFO）介孔纳米材料，为工业甲醇检测提供了创新性解决方案。

　　

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Chemicals and Materials

所有化学试剂未经进一步纯化直接使用。六水合硝酸镧（La(NO₃)₃·6H₂O, 98 wt%）、九水合硝酸铁（Fe(NO₃)₃·9H₂O, 98.5 wt%）、柠檬酸（C₆H₈O₇, 98 wt%）、丙酮（C₃H₆O, 99.5 wt%）、二氯甲烷（DCM, CH₂Cl₂, 99.5 wt%）、乙醇（C₂H₆O, 95.0 wt%）、甲醛（HCHO, CH₂O, 37 wt%）、异丙醇（IPA, C₃H₈O, 99.7 wt%）、甲醇（CH₄O, 99.7 wt%）、三乙胺（TEA, C₆H₁₅N, 99 wt%）、二甲苯（C₈H₁₀, 99.0 wt%）和氨水（NH₃, 25~28 wt%）均由试剂公司提供。

Morphological and Chemical Characterizations

通过溶胶-凝胶法合成LFO钙钛矿氧化物的过程包含四个显著反应阶段（图1）：首先，柠檬酸（C₆H₈O₇）作为螯合剂与La³⁺和Fe³⁺形成可溶性络合物（[La(C₆H₇O₇)]²⁺和[Fe(C₆H₇O₇)]²⁺），得到浅黄色溶液。随后水浴加热（80 °C）诱导金属-柠檬酸络合物的酯化和缩聚反应，形成交联聚合物凝胶并释放水分子。

Conclusions

本研究通过同时调控LFO纳米材料的结晶度和介孔结构，建立了一种新型双重优化策略用于高性能甲醇传感器。精确控制的合成条件（2 °C/min升温速率）实现了原子有序度（XRD峰强度增强3-4倍）与明确介孔结构（24.5 m2/g比表面积）的理想平衡。高结晶度通过降低载流子浓度实现最大电阻调制效应，而三维介孔网络促进气体扩散，共同赋予传感器卓越性能。