ACS Sensors：基于介孔氧化锌-二氧化锡异质结构的无线气体传感器用于3-甲基丁醛的超灵敏快速检测

开发用于新应用场景的气体传感器具有重要意义。3-甲基丁醛（又名：异戊醛）作为生产香精、香料及部分药物的中间体，被广泛使用于食品、药品行业。但其高度易燃性以及对皮肤、呼吸系统等的刺激作用，使3-甲基丁醛的残留或泄露可能导致潜在的火灾隐患与健康风险。此外，近期研究表明3-甲基丁醛还存在于呼吸机相关性肺炎（VAP）患者呼出气中，有潜力成为该种疾病的诊断标志物。常用的3-甲基丁醛检测方法主要是气相色谱-质谱法，该方法需要大型仪器，难以实时检测。因此，开发低成本、小型化、便携式、高灵敏的3-甲基丁醛气体传感器具有重要意义。

近期，西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室魏晶教授课题从调控介孔半导体金属氧化物的孔道微环境出发，通过在介孔二氧化锡孔壁修饰无定形氧化锌，构筑了异质结构气敏材料，结合微机电系统与嵌入式系统，开发出一种新型3-甲基丁醛无线传感器。该传感器以具有均一球形形貌（~79 nm）、大孔径尺寸（6.7 nm）的介孔氧化锌-氧化锡异质结构（缩写为ZnO-SnO₂）为核心气敏材料，并使用STM32F103C8T6芯片为主控芯片设计了长、宽分别为61mm，33mm的小型蓝牙无线气体传感器，实现对3-甲基丁醛的高灵敏（18.98@20 ppm）、快速（13/13 s）检测。相较于介孔二氧化锡，采用介孔氧化锌-氧化锡异质结构所制备的传感器的灵敏度提升了4.24倍。无定形氧化锌引入所形成的异质结构促进了电子在氧化锌和氧化锡之间的传递及耗尽层厚度的变化，这导致了材料表面吸附氧含量的增加，从而提高了气敏材料对3-甲基丁醛的响应。相关工作以“Wireless gas sensor based on mesoporous ZnO-SnO₂ heterostructure enables ultrasensitive and rapid detection of 3-methylbutyraldehyde”为题发表在国际传感领域权威期刊ACS Sensors上（DOI: 10.1021/acssensors.4c00306）。第一作者为硕士生王梓铮，通讯作者为魏晶教授。

论文信息：Zizheng Wang, Ping Li, Bingxi Feng, Youyou Feng, Dong Cheng, and Jing Wei*, Wireless gas sensor based on mesoporous ZnO-SnO₂ heterostructure enables ultrasensitive and rapid detection of 3-methylbutyraldehyde, ACS Sensors, 2024, ASAP. https://doi.org/10.1021/acssensors.4c00306.

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