ACS Nano：改性介孔WO3納米纖維造就性能優異氣體傳感器

在氣體傳感器應用方面，對于特定氣體，尤其是氣體濃度小于1ppm氣體，對于氣體的高效選擇性、快速(<20s)檢測且有較高的靈敏度（R_air/R_gas> 50，其中R_air、R_gas分別為傳感器在空氣和目標氣體中的電阻），仍具相當大的挑戰。

基于上述問題，韓國先進科技學院（Korea Advanced Institute of Science and Technology）的科研團隊提出了一個合理的設計方案與合成概念，他們以人呼吸吐出的氣體為研究對象，利用蛋白質納米籠模塊敏感化的靜電紡絲納米纖維(NFs)，對追蹤生物目標的敏感性和可選擇性進行檢測。

研究人員對介孔WO₃納米纖維進行研究，在均勻分布于WO₃納米纖維上的納米粒子Pt，Pd和Rh催化作用后，即使在潮濕環境、氣體濃度為十億分之一級別條件下，其仍能表現出非常出色的靈敏度。基于此項研究，該材料在疾病可靠性診斷方面被證實具有非常大的應用前景。

【圖文導讀】

圖1 膠囊化脫鐵鐵蛋白納米顆粒催化劑合成過程與微觀分布

（a）膠囊化脫鐵鐵蛋白催化納米顆粒合成過程示意圖

（b-d）圖（a）方法所制備的膠囊化脫鐵鐵蛋白催化納米顆粒（AF-NPs）TEM圖，其中（b）?AF-Pt NPs,（c）AF-Pd NPs,?（d）AF-Rh NPs，插圖為高分辨率TEM圖

（c-g）納米顆粒尺寸分布直方圖，（e）AF-Pt，（f）AF-Pd，（g）AF-Rh

圖2?WO₃納米纖維顯微分析

（a）在生物激發催化納米顆粒作用下，WO₃納米纖維電紡工藝流程示意圖

（b）經Pt-AF 納米顆粒催化、煅燒后的WO₃納米纖維SEM圖

（c）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維的掃描透射圖，左側為TEM圖，右側為(EDS)面掃元素分布圖，W（紅色），O（綠色），Pt（黃色）

（d）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維橫截面

（e）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維橫截面高分辨率TEM圖（d圖中的藍色部分）

（f）原始WO₃納米纖維、Pt-多元醇作用的WO₃納米纖維，以及Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維

圖3?350℃下，原始WO₃納米纖維、Pt-多元醇作用的WO₃納米纖維，以及Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維的動態氣敏特性

（a）濃度為1-5ppm時對丙酮氣體的響應

（b）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維對1ppm丙酮，以及氫氣（H2）、硫化氫（H₂S）、甲苯（C₆H₅CH₃）、一氧化碳（CO）、乙醇（C₂H₅OH）、氨氣（NH₃）、戊烷（CH₃(CH₂)₃CH₃）、甲烷（CH₄）、甲硫醇（CH₃SH）九種干擾氣體的選擇特性

（c）濃度為1-5ppm時對氣態甲苯的響應

（d）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維對1ppm甲苯的選擇特性，以及對九種干擾氣體?的響應

（e）濃度為1-5ppm時對硫化氫氣體的響應

（f）Rh-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維對1ppm硫化氫的選擇特性，以及對九種干擾氣體的響應

圖4?納米顆粒催化WO₃納米纖維在不同條件下的響應

（a）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維對丙酮氣體的響應

（b）Pt-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維對甲苯的響應

（c）Rh-AF 納米顆粒催化WO₃納米纖維對350℃下濃度為0.1-5ppm硫化氫的響應

（d）Pt-AF 、Pd-AF以及Rh-AF納米顆粒催化WO₃納米纖維檢出限的線性近似值

圖5?不同類型納米顆粒催化WO₃納米纖維氣體濃度與響應和恢復時間的關系

（a）Pt-AF、Pd-AF以及Rh-AF納米顆粒催化WO₃納米纖維（Pt-AF_WO₃ NFs，?Pd-AF_WO₃?NFs以及Rh_AF-WO₃?NFs）在0.1-5ppm氣體濃度下的響應與恢復時間

（b）不同類型納米顆粒催化WO₃納米纖維在0.1-5ppm氣體濃度下的平均響應與恢復時間

圖6 使用三種不同傳感器（Pt-AF_WO₃?NFs，Pd-AF_WO₃?NFs以及Rh_AF-WO₃?NFs）基于主成分分析對不同濃度的10種生物標記氣體進行模式識別

文獻鏈接：Mesoporous WO3 Nanofibers with ProteinTemplated Nanoscale Catalysts for Detection of Trace Biomarkers in Exhaled Breath