基于CuO的电阻式传感器对亚ppm级别二氧化硫（SO2）的高选择性检测

《Surfaces and Interfaces》：Highly Selective Detection of Sub-ppm Level SO2 by CuO Based Resistive Sensor

　　

Spoorti Mushannavar|Vishnu Dasan|Muhammad Tanveer|Anna L?hde|Ruma Ghosh

摘要

随着空气污染的加剧，开发高效且便携的传感器以检测二氧化硫（SO₂）等污染物变得至关重要，因为空气污染对人类生活和环境产生了负面影响。为此，采用一步连续喷雾热解法合成了氧化铜（CuO）颗粒，并将其用作电阻式传感器，在100°C时对SO₂表现出高灵敏度和选择性。通过扫描电子显微镜（观察到的颗粒呈球形，平均直径为91纳米）、拉曼光谱（确认CuO的形成）、X射线衍射仪（显示多晶结构）、紫外-可见光吸收光谱（确定带隙为1.63 eV）对合成的CuO颗粒进行了表征。此外，还利用布鲁诺尔-埃梅特-特勒（BET）分析（测定比表面积和孔隙率）、电子顺磁共振（EPR）光谱（确认氧空位/缺陷态的存在）、X射线光电子能谱（XPS）（提供Cu和O的表面化学状态及氧化态）以及高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）（观察纳米尺度下的晶格条纹和结晶性）对颗粒进行了进一步分析。该双端口电阻式传感器在100°C时对0.25 – 2 ppm的SO₂具有25 – 82%的响应范围，表现出高灵敏度。在最佳温度下，CuO颗粒对CO、NH₃和NO₂等干扰气体的响应极小，进一步证明了其对SO₂的高选择性。传感器的响应时间和恢复时间分别为841 – 2056秒和69 – 695秒（针对0.25 – 2 ppm的SO₂）。然而，传感器能够根据初始100秒内的响应斜率预测SO₂的不同浓度。