何永超,李 飛,顏炳君,何新華,浦嫻娟,寧珠凱,程伶俐,焦 正

(上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海 200444)

隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)環(huán)境安全和身體健康越來(lái)越重視,揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds,VOCs)對(duì)人體的潛在危害也日益受到關(guān)注.正丁醇作為一種主要的VOC氣體,被廣泛用于制造增塑劑及各種塑料和橡膠制品,同時(shí)也是油脂、藥物(如抗生素、激素和維生素)和香料的萃取劑.正丁醇具有強(qiáng)烈的刺激和麻痹作用,會(huì)造成頭痛、頭暈和嗜睡,手部接觸可形成接觸性皮炎[1],長(zhǎng)期接觸會(huì)對(duì)人體造成極大的危害.因此,研發(fā)能夠精確檢測(cè)氣體濃度的氣體傳感器十分重要.

基于金屬氧化物半導(dǎo)體的氣體傳感器(包括N型和P型)因其成本低、響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便、化學(xué)穩(wěn)定性好、與電子器件兼容等優(yōu)點(diǎn),在有毒、污染和易燃?xì)怏w的檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用[2-3].Co3O4是一種典型的P型半導(dǎo)體功能材料,被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池[4]、超級(jí)電容器[5]、多相催化[6]、氣體傳感器[7]等領(lǐng)域.當(dāng)用作氣體傳感器時(shí),與N型氧化物半導(dǎo)體相比,Co3O4納米材料具有更好的穩(wěn)定性和選擇性以及更低的操作溫度,但也存在靈敏度不高、響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題.針對(duì)這些問(wèn)題,已有研究通過(guò)改變材料結(jié)構(gòu)、形成復(fù)合材料、摻雜、負(fù)載等方式來(lái)提高氣敏性能[8-11].摻雜作為提高氣敏性能的有效途徑之一被廣泛研究.Guo等[12]在ZIF-67中摻雜了Sn元素,合成了Sn摻雜的菱形十二面體Co3O4,顯著提高了對(duì)乙醇的傳感性能.Zhang等[13]通過(guò)一步溶劑熱法合成了Fe摻雜的Co3O4分層納米結(jié)構(gòu),并發(fā)現(xiàn)在175°C下,對(duì)100×10-6二甲苯具有18.2的響應(yīng),且響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間較快.在眾多的摻雜材料中,Ce具有儲(chǔ)氧能力突出、氧化還原活性高、熱穩(wěn)定性好、離子電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn),成為了最有效的摻雜元素之一.特別地,Ce離子價(jià)態(tài)的變化往往會(huì)引起氧空位或缺陷含量的變化[14-16].

本研究利用金屬摻雜和金屬有機(jī)骨架(metal organic framework,MOF)模板相結(jié)合的思路,以2-甲基咪唑?yàn)榕潴w,采用簡(jiǎn)單的溶劑熱法,一步合成了Ce摻雜的Co基有機(jī)前體,之后通過(guò)進(jìn)一步的煅燒合成了Ce摻雜的Co3O4納米花.通過(guò)測(cè)試,本研究還發(fā)現(xiàn)因具有大量的氧空位和特殊花狀結(jié)構(gòu),此材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的氣敏性能,在190°C的操作溫度下,對(duì)100×10-6正丁醇能達(dá)到87.79的響應(yīng).由于Ce離子的大離子半徑會(huì)使材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲,產(chǎn)生氧空位,Ce4+也可以從晶格氧中捕獲電子,形成Ce3+和氧空位,使得氧空位含量顯著增加,從而提升了材料的氣敏性能.

1 材料制備與表征

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

六水合硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O)、六水合硝酸鈰(Ce(NO3)2·6H2O)、無(wú)水甲醇(CH3OH)和2-甲基咪唑(2-MeIm)均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司.所有化學(xué)試劑均為分析純,直接使用未進(jìn)行進(jìn)一步純化.

1.2 Ce摻雜Co3O4納米花的制備

稱(chēng)取1.047 7 g(3.6 mmol)Co(NO3)2·6H2O和0.015 6 g(0.036 mmol)Ce(NO3)2·6H2O溶于30 mL無(wú)水甲醇中,攪拌10 min,記為溶液A.稱(chēng)取0.147 8 g(1.8 mmol)2-MeIm溶于30 mL無(wú)水甲醇中,攪拌10 min,記為溶液B.將溶液B緩慢加入到溶液A中,繼續(xù)攪拌15 min,得到紫紅色的混合溶液.將混合溶液轉(zhuǎn)移到100 mL聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,置于鼓風(fēng)干燥箱中120°C保持12 h,得到黃色的Ce摻雜Co基前體,標(biāo)記為CoCe-MeIm.用甲醇和乙醇離心純化前體,洗滌數(shù)次,60°C干燥.將前體放入管式爐中,以2°C/min的升溫速率,在350°C空氣中煅燒2 h.冷卻至室溫,得到最終產(chǎn)物——Ce摻雜的Co3O4納米花,記為Ce-doped Co3O4.

1.3 純Co3O4納米花的制備

純Co3O4納米花的制備過(guò)程與1.2節(jié)類(lèi)似,但在溶液A中只加入Co(NO3)2·6H2O.合成的純Co基前體標(biāo)記為Co-MeIm.經(jīng)過(guò)相同條件的熱處理后,得到了純Co3O4納米花,記為純Co3O4.

1.4 材料表征

本研究所制備的Ce-doped Co3O4的晶體結(jié)構(gòu)由X射線衍射儀(X-ray diffraction,XRD,Rigaku D/Max-2200,日本)進(jìn)行測(cè)定.樣品的表面形貌和元素分析由掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM,Phenom,荷蘭)進(jìn)行表征.樣品的化學(xué)成分采用X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscope,XPS,Thermo ESCALAB 250Xl,美國(guó))進(jìn)行分析.采用自動(dòng)表面分析儀(Quantachrome,Quadrasord SI,美國(guó))測(cè)量N2吸附-脫附等溫線,并分別用Brunauer-Emmett-Teller(BET)和Barrett-Joyner-Halenda(BJH)法對(duì)樣品的比表面積和孔徑分布進(jìn)行了評(píng)估.

1.5 氣體傳感器的制造和測(cè)試

首先,將得到的樣品與適量乙醇混合,研磨形成均勻的糊狀物.然后,將糊狀物涂覆在一個(gè)中空的Al2O3陶瓷管表面,使樣品完全覆蓋陶瓷管表面兩個(gè)金電極之間的區(qū)域.之后,將涂覆樣品的陶瓷管放入烘箱中60°C烘干2 h.最后,將一根Ni-Cr合金加熱絲插入到陶瓷管中,與陶瓷管金電極上的兩對(duì)Pt線一起焊接到傳感器底座上,形成一個(gè)完整的元器件.

使用WS-30A測(cè)量系統(tǒng)對(duì)傳感器的傳感性能進(jìn)行測(cè)試.在測(cè)試之前,將傳感器在老化臺(tái)上300°C老化2 d,以提高其傳感穩(wěn)定性.氣體響應(yīng)(靈敏度)被定義為S=Rg/Ra,其中Rg是傳感器在目標(biāo)氣體中的電阻,Ra是傳感器在空氣中的電阻.傳感器的響應(yīng)是材料在目標(biāo)氣體和空氣中電阻的相對(duì)變化[17].響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別定義為在吸附和解吸目標(biāo)氣體的過(guò)程中,傳感器達(dá)到總電阻變化90%所需要的時(shí)間[18].

2 結(jié)果與討論

2.1 Ce-doped-Co3O4的表征

2.1.1 XRD表征

圖1分別是MOF前體(CoCe-MeIm、Co-MeIm)和鍛燒后產(chǎn)物(純Co3O4、Ce-doped-Co3O4)的XRD圖譜.從圖1(a)可以看出,CoCe-MeIm與Co-MeIm的XRD圖譜相似,但CoCe-MeIm的特征峰強(qiáng)度比Co-MeIm弱、結(jié)晶度低.這是由于Ce的離子半徑大于Co,而Ce的摻入導(dǎo)致材料晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲,產(chǎn)生了缺陷.圖1(b)顯示了煅燒后兩種產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu).兩種產(chǎn)物的XRD圖譜均具有相同的衍射峰位置和相似的峰形,與立方相的Co3O4(JCPDS NO.96-900-5889)具有較好的一致性,說(shuō)明前體已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化為氧化物.但是在Ce-doped-Co3O4圖譜中并沒(méi)有觀察到Ce的特征峰,推測(cè)是因?yàn)閾诫s的Ce含量太少.但也未見(jiàn)其他雜質(zhì)峰,說(shuō)明樣品純度高.樣品的強(qiáng)峰和尖峰也證實(shí)了其高結(jié)晶度.

圖1 MOF前體(CoCe-MeIm、Co-MeIm)和鍛燒后產(chǎn)物(純Co3O4、Ce-doped-Co3O4)的XRD圖譜Fig.1 XRD patterns of MOF precursors(CoCe-MeIm,Co-MeIm)and calcined products(pure Co3O4,Ce-doped-Co3O4)

2.1.2 SEM表征

本研究所制備的以2-MeIm為配體的Co-MeIm和CoCe-MeIm的SEM圖如圖2所示.由圖2(a)可見(jiàn),Co-MeIm由許多規(guī)則的納米片組成,呈花球狀,直徑約為2μm,形成的花球比較均一.將圖2(a)的紅色線框區(qū)域進(jìn)一步放大(見(jiàn)圖2(b)),可觀察到組成花球的納米片較薄,厚度約為60 nm.由圖2(c)和(d)可見(jiàn),當(dāng)Ce摻入后,CoCe-MeIm的形貌保持不變,仍然為納米片組成的花球狀,材料整體的直徑大小也未發(fā)生明顯變化.

圖2 Co-MeIm和CoCe-MeIm的SEM圖Fig.2 SEM images of Co-MeIm and CoCe-MeIm

金屬有機(jī)骨架通過(guò)改變金屬離子與有機(jī)配體間的比例,可以實(shí)現(xiàn)孔徑尺寸、比表面積以及功能結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)[1].圖3為合成Co-MeIm的SEM圖.可以看出:金屬離子(Co)與有機(jī)配體(2-MeIm)物質(zhì)的量比n(Co)∶n(2-MeIm)=1∶3時(shí),Co-MeIm的前體形貌為菱形十二面體,純度較高,未觀察到其他形貌的雜質(zhì)產(chǎn)生(見(jiàn)圖3(a));Co-MeIm粒徑尺寸約為1μm左右,且形貌規(guī)則(見(jiàn)圖3(b)).相比而言,Co-MeIm具有更加良好、更加均一的形貌結(jié)構(gòu).

圖3 當(dāng)n(Co)∶n(2-MeIm)=1∶3時(shí),Co-MeIm的SEM圖Fig.3 SEM images of Co-MeIm when n(Co)∶n(2-MeIm)=1∶3

圖4純Co3O4和Ce-doped-Co3O4的SEM圖Fig.4 SEM images of pure Co3O4 and Ce-doped-Co3O4

圖4 為Co-MeIm和CoCe-MeIm經(jīng)350°C煅燒后的SEM圖.由圖4(a)和(b)可以清晰地觀察到,煅燒后的純Co3O4形貌并沒(méi)有被破壞,仍然保持完整的花球狀,但組成花球的Co3O4納米片明顯變得褶皺彎曲(見(jiàn)圖4(b)).推測(cè)在煅燒過(guò)程中,前體中的有機(jī)配體熱分解成CO2和H2O,從而導(dǎo)致納米片彎曲.煅燒后的Ce-doped-Co3O4仍然保持前體原有的形貌(見(jiàn)圖4(c)).雖然組成花球狀的納米片也變得褶皺,但是彎曲程度比純Co3O4略低(見(jiàn)圖4(d)).

2.1.3 XPS表征

為了進(jìn)一步確定Ce-doped-Co3O4的化學(xué)成分及其表面元素的電子態(tài),對(duì)制備的樣品進(jìn)行了XPS分析和曲線擬合.圖5(a)為純Co3O4和Ce-doped-Co3O4的全掃描光譜.與純Co3O4相比,Ce-doped-Co3O4出現(xiàn)了微弱的Ce 3d特征峰,證實(shí)了Ce元素的存在.圖5(b)為Co 2p的高分辨率光譜,表現(xiàn)出了兩個(gè)特征峰和兩個(gè)衛(wèi)星峰,其中位于779.89和794.94 eV的兩個(gè)特征峰分別歸屬于Co3O4的Co 2p3/2和Co 2p1/2自旋軌道峰,對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星峰分別位于788.38和804.12 eV.為了詳細(xì)地分析Co的氧化態(tài),Co 2p3/2被分成了兩個(gè)子峰,分別代表779.68 eV的Co3+2p3/2和781.04 eV的Co2+2p3/2兩個(gè)不同的組分.圖5(c)所示的Ce 3d的高分辨率光譜進(jìn)一步證明了Ce的成功摻雜.Ce 3d的高分辨率光譜可以分成10個(gè)子峰,分別標(biāo)記為V0、V、V1、V2、V3以及U0、U、U1、U2、U3,分別位于881.99、883.53、886.32、888.91、896.54 eV以及898.05、900.93、902.90、907.44、916.39 eV.這是由于O 2p價(jià)帶與Ce 4f能級(jí)雜化以及分配給Ce 3d3/2和Ce 3d5/2狀態(tài)的不同自旋軌道雙峰引起的[19],其中被命名為V、V2、V3、U、U2、U3的峰歸屬于Ce4+,被命名為V0、V1、U0、U1的峰歸屬于Ce3+[20-23].圖5(d)為Ce-doped-Co3O4的能量色散光譜(energy dispersive spectroscope,EDS)譜圖,其中微弱的Ce特征峰進(jìn)一步證實(shí)了Ce元素的存在,最高峰為襯底Si的特征峰.

圖5 Ce-doped-Co3O4的XPS和EDS圖譜Fig.5 XPS and EDS patterns of Ce-doped-Co3O4

圖6所示為Ce-doped-Co3O4的N2吸附-脫附等溫線和BJH孔徑分布圖.由圖6(a)可以看出,吸附曲線和脫附曲線并不重合,產(chǎn)生了遲滯環(huán),屬于典型的具有H3遲滯回線的IV型等溫線.這說(shuō)明所合成的Ce-doped-Co3O4納米花的孔隙屬于介孔結(jié)構(gòu).計(jì)算得到Ce-doped-Co3O4納米花的BET比表面積和孔體積分別為71.4 m2/g和0.651 cm3/g.由圖6(b)可以看出,Ce-doped-Co3O4的主要孔徑尺寸為20.9 nm.

圖6 Ce-doped-Co3O4的N2吸附-脫附等溫線和BJH孔徑分布圖Fig.6 N2 adsorption-desorption isotherm and BJH pore size distributions of Ce-doped-Co3O4

2.2 氣敏性能

本工作主要通過(guò)操作溫度、靈敏度、響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間、穩(wěn)定性等性能指標(biāo)研究了Ce-doped-Co3O4對(duì)氣敏性能的影響.圖7描述了兩種傳感器在170～210°C溫度范圍內(nèi),對(duì)100×10-6正丁醇的響應(yīng)變化.可以看出:純Co3O4和Ce-doped-Co3O4傳感器的最佳操作溫度均為190°C,其最佳響應(yīng)分別為17.89和87.79;當(dāng)操作溫度低于190°C時(shí),兩種傳感器的響應(yīng)隨著操作溫度的增加而增加;超過(guò)190°C后,傳感器的響應(yīng)逐漸降低.這種現(xiàn)象可以作如下解釋:當(dāng)操作溫度較低時(shí),目標(biāo)氣體沒(méi)有足夠的活化能與表面吸附的氧物種進(jìn)行反應(yīng),從而導(dǎo)致了響應(yīng)較低;但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),敏感材料表面氣體分子的解吸速率大于吸附速率,參與反應(yīng)的氣體分子減少,也降低了響應(yīng).所以,傳感器響應(yīng)對(duì)操作溫度的變化,一般表現(xiàn)出先增大后減小的特性.

圖7 純Co3O4和Ce-doped-Co3O4傳感器在不同操作溫度下對(duì)100×10－6正丁醇的響應(yīng)Fig.7 Responses of the pure Co3O4和Ce-doped-Co3O4 sensors to 100×10－6 n-butanol at different operating temperatures

圖8為Ce-doped-Co3O4傳感器進(jìn)行一次完整響應(yīng)的電阻瞬時(shí)變化曲線.在最佳操作溫度下,Ce-doped-Co3O4傳感器對(duì)100×10-6正丁醇的響應(yīng)時(shí)間為109 s,恢復(fù)時(shí)間為41 s.本研究挑選了最佳操作溫度(190°C)作為后續(xù)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)條件.

圖8 Ce-doped-Co3O4傳感器在最佳操作溫度下對(duì)100×10－6正丁醇的響應(yīng)恢復(fù)曲線Fig.8 Response-recovery curve of the Ce-doped-Co3O4 sensor to 100×10－6 n-butanol at the optimal operating temperature

圖9 (a)顯示了Ce-doped-Co3O4傳感器在190°C時(shí)對(duì)不同濃度(3×10-6～200×10-6)正丁醇的瞬態(tài)傳感曲線.顯然,隨著反應(yīng)物濃度的增加,Ce-doped-Co3O4傳感器的響應(yīng)也逐漸升高,且各個(gè)濃度均具有良好的傳感特性及可逆性.

圖9(b)分別顯示了兩種傳感器對(duì)不同濃度正丁醇的響應(yīng)值.可以看出,兩條曲線相似,響應(yīng)隨著正丁醇濃度的增加均是先增加后趨于飽和.這說(shuō)明兩種傳感器具有相似的傳感特性.但是Ce摻雜的傳感器具有更佳的靈敏度,響應(yīng)增加更顯著.在檢測(cè)低濃度(3×10-6)正丁醇時(shí),Ce-doped-Co3O4傳感器的響應(yīng)為3.57,高于純Co3O4傳感器的2.14.

圖9(c)顯示了兩種傳感器在3×10-6～40×10-6濃度范圍內(nèi),響應(yīng)與濃度的線性關(guān)系.結(jié)果表明,Ce-doped-Co3O4傳感器具有更加良好的線性關(guān)系.通過(guò)線性外推法,可估算出Cedoped-Co3O4傳感器的理論檢出限為122×10-9,純Co3O4傳感器的理論檢出限為316×10-9[24].因此Ce-doped-Co3O4傳感器在低濃度正丁醇傳感方面展現(xiàn)出了更大的應(yīng)用潛力.

Ce-doped-Co3O4傳感器在190°C下對(duì)100×10-6正丁醇進(jìn)行了連續(xù)8次測(cè)試,結(jié)果如圖9(d)所示.可以看出,在8個(gè)周期內(nèi),傳感器的瞬時(shí)響應(yīng)無(wú)明顯變化,完全可逆,充分體現(xiàn)了該傳感器良好的可逆性和重復(fù)性.

傳感器的選擇性對(duì)于特定氣體的檢測(cè)具有決定性的作用.圖9(e)為兩種傳感器對(duì)100×10-6正丁醇、丙酮、甲醇、甲醛、乙醇、乙二醇、異丙醇7種氣體的響應(yīng).顯而易見(jiàn),Ce-doped-Co3O4傳感器對(duì)這些氣體的響應(yīng)均要高于純Co3O4傳感器.從圖9(e)中還可以看出,兩種傳感器都對(duì)正丁醇具有最高的響應(yīng),選擇性最好.但是純Co3O4傳感器對(duì)正丁醇的響應(yīng)只有17.89,而Ce-doped-Co3O4傳感器有87.79,因此Ce-doped-Co3O4傳感器對(duì)正丁醇具有更好的選擇性.

長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)傳感器的實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義.圖9(f)顯示了15 d內(nèi)兩種傳感器在190°C下對(duì)100×10-6正丁醇的響應(yīng)變化.結(jié)果顯示,在連續(xù)測(cè)試15 d內(nèi),Ce-doped-Co3O4傳感器的響應(yīng)波動(dòng)范圍一直在8%以?xún)?nèi),而純Co3O4傳感器的響應(yīng)波動(dòng)幅度較大,為42%.這充分表明了Ce-doped-Co3O4傳感器具有極好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性,保證了傳感器的使用期限.

圖9 純Co3O4和Ce-doped-Co3O4傳感器的氣敏性能Fig.9 Gas sensing performances of pure Co3O4 and Ce-doped-Co3O4 sensors

2.3 氣敏傳感機(jī)理

金屬氧化物半導(dǎo)體的傳感機(jī)理主要是基于傳感材料表面的化學(xué)反應(yīng),與電阻的變化密切相關(guān).Co3O4屬于P型金屬氧化物半導(dǎo)體,電阻變化主要來(lái)源于材料表面區(qū)域中空穴濃度的變化.當(dāng)Co3O4暴露于空氣中時(shí),O2分子將會(huì)被吸附在材料表面并從導(dǎo)帶中捕獲電子,形成氧物種(、O-、O2-),導(dǎo)致空穴濃度增加、電阻減小.一旦Co3O4暴露于較高溫度(190°C)下的正丁醇?xì)怏w中時(shí),正丁醇與被吸附的氧物種(O-)反應(yīng),釋放出電子,導(dǎo)致空穴濃度減小、電阻增大.Co3O4表面可能發(fā)生的反應(yīng)如下:

當(dāng)再次暴露在空氣中時(shí),氧分子再次從導(dǎo)帶捕獲電子,使電阻減小到初始值[25-26].在這個(gè)過(guò)程中,傳感材料的氧空位含量和化學(xué)吸附氧種類(lèi)對(duì)傳感性能有很大的影響.因此,研究氧在傳感材料中的分布就變得十分重要.圖10顯示了純Co3O4和Ce-doped-Co3O4的O 1s光譜.O 1s峰可以分成3個(gè)擬合峰,即OL、OV以及OC.OL指晶格氧,被認(rèn)為十分穩(wěn)定,對(duì)氣體傳感的貢獻(xiàn)很小.OV表示樣品表面存在氧空位,可以為傳感材料表面上的氣體吸附和反應(yīng)提供活性位點(diǎn).OC是化學(xué)吸附的氧物種.如圖10所示:純Co3O4的OV含量為27.21%;摻入Ce后,OV含量大幅增加,為51.00%.帶正電荷的氧空位更容易捕獲電子,提高傳感性能.此外,Ce元素在氧化還原條件下具有穩(wěn)定的吸氧和釋氧能力.因此,Ce摻雜確實(shí)可以極大地改善Co3O4的氣敏性能.

圖10 純Co3O4和Ce-doped-Co3O4的O 1s光譜Fig.10 O 1s spectras of pure Co3O4 and Ce-doped-Co3O4

Ce-doped-Co3O4獨(dú)特的三維花狀球形結(jié)構(gòu),由大量的納米片相互交叉、組裝而成,使其具有較大的比表面積、孔體積以及合適的孔徑.較大的比表面積和孔體積有利于提高活性位點(diǎn)的數(shù)量和正丁醇?xì)怏w對(duì)活性位點(diǎn)的可達(dá)性,改善傳感器響應(yīng).合適的孔徑有利于正丁醇?xì)怏w向材料內(nèi)部滲透、傳輸,增加接觸面積,提高電子傳輸效率.因此,獨(dú)特的三維花狀球形結(jié)構(gòu)有助于氣敏性能的提升.

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法成功合成了Ce摻雜的Co基有機(jī)前體,并通過(guò)煅燒制備了尺寸均一的Ce摻雜Co3O4納米花.在最佳操作溫度(190°C)下,Ce-doped-Co3O4傳感器對(duì)100×10-6正丁醇的響應(yīng)能達(dá)到87.79,并且具有快速的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間、良好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性.這主要是由于Ce的摻雜導(dǎo)致了Co3O4納米花的氧空位含量大幅增加,從而提升了傳感性能.本實(shí)驗(yàn)將金屬摻雜與金屬有機(jī)骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合,制備出了具有豐富氧空位的花狀結(jié)構(gòu)氣敏材料,為Co基金屬氧化物半導(dǎo)體材料在氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論支持.