氧化锡纳米线表面缺陷的控制与表征：一种高选择性的新型气敏传感器的开发

Surface defects influence the gas sensing properties of metal-oxide semiconductor nanowires in a fundamental way. Different from traditional gas sensing methods, photoluminescence (PL) spectroscopy can be utilized for the characterization of semiconductor surface defects in addition to gas detection. In this project, PL spectroscopy is to be applied for in-situ monitoring of the change of concentration of surface oxygen vacancies during gas adsorption, so that we can conveniently approach the influence of surface oxygen vacancy on gas adsorption. By systematically adjusting the type and concentration of surface oxygen vacancies on vapor-deposited SnO2 nanowire，combining with in-situ PL analysis of gas adsorption, we may possibly observe an influence of oxygen vacancy type on the gas detection selectivity of SnO2 nanowire. The outcome of this project would facilitate the development of a new type of gas sensor with improved selectivity, in addition to probing the basic surface interaction mechanism of gas sensing.

表面缺陷从机理上影响着金属氧化物半导体纳米线的气敏性能。不同于传统的气敏检测方法，荧光光谱分析能同时实现气体的检测与半导体表面缺陷的表征。本项目利用荧光光谱对气体吸附过程中纳米线表面氧空位浓度的变化加以实时表征，从而能够非常方便地研究表面氧空位状态对气体吸附的影响。通过系统地改变气相合成的氧化锡纳米线表面氧空位的类型与浓度，并结合对气体吸附过程的实时荧光光谱分析，表面氧空位类型对氧化锡纳米线气敏选择性的影响有可能被发现。除了探索气敏过程的表面反应机理，本项目的研究结果也有助于开发出一种高选择性的新型气敏传感器。

研究和开发具有高灵敏度、高选择性和快速响应恢复的金属氧化物半导体气敏传感器是环境检测技术领域内的重要方向。本项目针对一种主要的空气污染物二氧化氮，通过比较简单的静电纺丝工艺开发出了一种基于镍掺杂的二氧化锡纳米纤维阵列的半导体气敏传感器；系统研究了传感器对二氧化氮检测的响应度、响应恢复快慢和选择性；研究了工作温度和气氛浓度对气敏响应的影响规律；深入探讨了镍掺杂和有序阵列化对二氧化锡纳米纤维的二氧化氮气敏性能的影响机理。研究结果表明，镍掺杂所促进的二氧化氮选择性吸附有助于改善二氧化锡对二氧化氮响应的选择性，而有序阵列化所引起的电荷输运形式的改变能够改善纳米纤维对二氧化氮的响应度和恢复性能。此外，本项目还探索了中空介孔形貌的钙钛矿结构铁酸镧纳米颗粒在二氧化氮传感器方面的应用。本项目同时还开发出了一台基于钇稳定氧化锆的电化学氧泵，以支持高性能氧传感器的开发。