室温での超高感度HCHO検出のためのAgナノ粒子増感In2O3ナノ粒子

要約

ホルムアルデヒド（HCHO）は、室内空気汚染物質の主な発生源です。したがって、HCHOセンサーは、日常生活でタイムリーに検出するために最も重要です。ただし、既存のセンサーは厳しい性能目標を満たしていませんが、たとえば、ホルムアルデヒドの濃度が非常に低い（特に0.08 ppm未満）室温での検出検出による非アクティブ化は、広く解決されていない問題です。ここでは、Agナノ粒子（Ag NP）で増感された分散In ₂を紹介します。 O ₃ 低製造コストの熱水戦略によるナノグレイン。AgNPは、In ₂に出入りするHCHOの見かけの活性化エネルギーを低減します。 O ₃ ナノ粒子、低動作温度での低濃度検出が実現されます。手付かずのIn ₂ O ₃ 応答が遅い（R _a / R _g =4.14〜10 ppm）HCHOガスへの回収が不完全です。 Ag官能化後、5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、30°Cで1 ppmのHCHOガスに対して短い応答時間（102 s）と回復時間（157 s）で劇的に向上した応答（135）を示します。これは、結晶In <を電子的および化学的に増感するAgNPの恩恵を受けています。 sub> 2 O ₃ ナノグレイン、選択性と感度を大幅に向上させます。

はじめに

HCHO、エタノール、アセトン、ベンゼン、メタノール、トルエンなど、屋内および屋外のあらゆる種類の有害な揮発性有機化合物（VOC）ガスは、日常的および日常的に農業および工業プロセスから排出されるか、車両の排気ガスとして放出されます[1 ]。 HCHOなどのVOCは、その濃度が臨界しきい値を超え、場合によっては100万分の1（ppm）レベルまで低下すると、人の健康と環境に有害です[2、3]。安全上の理由から、HCHOストレージシステム、アプライアンス、車両、および内部環境インフラストラクチャ全体で制限を超えているものはすべて、すぐに検出する必要があります[4、5、6]。屋内外の空気の質と職場の安全性に対する関心の高まりは、過去数年にわたってガスセンサー市場の着実な発展をもたらし、したがって、ガスセンサーはより広い用途を達成することが期待されています[7、8、9]。したがって、ホルムアルデヒドセンサーは、空気中のホルムアルデヒドの広範な発がん性範囲のために重要な役割を果たします[10、11]。

主にIn ₂を含む化学抵抗器に基づく金属酸化物半導体 O ₃ [12,13,14]、WO ₃ [15,16,17]、SnO ₂ [18、19]、ZnO [20、21]およびLaFeO ₃ [22,23,24]は、低コスト、優れた感度、高速応答/回収時間、および検出される多数のガスという点で独自の利点があるため、VOCを検出するための優れた手法です[25]。ただし、金属酸化物半導体をベースにした従来のガスセンサーは、通常150〜400°Cの高い動作温度を備えているため、センサーの安定性と寿命が低下する可能性があります。さらに、動作温度が高いと消費電力が高くなります。これは、新世代のバッテリ駆動型ワイヤレスセンサーの重要なパラメータです[26、27]。ただし、センシング材料が入念に設計されている場合は、これを逆にすることができます。作業温度を下げるために使用される典型的な方法は、Ag [28、29]、Pt [30]、Pd [31、32]などの貴金属またはさまざまな金属酸化物[26]による半導体金属酸化物の表面改質です。化学的増感または電子的増感のいずれかによって、半導体表面をさまざまな金属促進剤で修飾して、効果的な室温センサー材料を実現することができます。卓越したセンシング性能は、貴金属の増感効果だけでなく、大きな表面積、適切な粒子サイズ、およびナノ構造の豊富なメソポーラス表面の相乗効果にも起因します[15、20、23、33]。

₂ O ₃ は約3.6eVのワイドバンドギャップを持つ重要なn型半導体であり、その高い触媒活性と電子特性により広く研究されてきました[34、35]。残念ながら、純粋なIn ₂ O ₃ 選択性が低く、応答性の高いセンシング材料は低温ではほとんど得られないため、それ以上の用途が制限されます。そのセンシング特性をさらに強化するために、In ₂ O ₃ 貴金属[36]、金属イオン[37]、および炭素材料[38]によって修飾されています。多相半導体金属酸化物ナノ構造の複合材料も頻繁に報告されています[39]。現在まで、In ₂のガス検知特性に関する研究はほとんど行われていません。 O ₃ HCHOへのセンサー。王ら。 [29]は、AgをロードしたIn ₂ O ₃ 階層型ナノ構造センサーは、240°Cで20 ppmのHCHOに対して、高速応答（0.9 s）、回復（14 s）、および高応答（11.3）を示しました。ドンら[40]は、合成されたままの3 wt％Ag官能化In ₂ O ₃ / ZnOサンプルは、300°Cの動作温度で2000ppmのHCHOに対して約842.9の高い応答を示しました。現在、ホルムアルデヒドガスセンサーはより高い作動温度を必要とすることが報告されています。張ら。 [28]は、ホルムアルデヒドガス検知テストの結果を報告しており、6％-Ag / Ni _5.0に基づくセンサーが Inは、より低い動作温度（160°C）で100 ppmのホルムアルデヒドに対して超高感度（123.97）を示します。王ら。 [33]は、酸化グラフェンがその場で二次元SnO ₂を修飾したことを報告しました。面内メソポアを備えたナノシートがセンシング材料として利用され、センサー応答は60°Cで100 ppmHCHOに対して2000よりも大きかった。室温での低濃度HCHOに対する高感度と高選択性を備えたホルムアルデヒドガスセンサーの問題は未解決のままです。

この作業では、室温で動作する高応答ホルムアルデヒドガスセンサーを報告します。これは、In ₂で作成されます。 O ₃ Agナノ粒子によって増感されたナノ粒子。純粋なIn ₂とAgをロードしたIn ₂のHCHOガス検知の比較研究 O ₃ ナノ粒子が調査され、センシング性能に対するAg負荷の影響が明らかになりました。結果は、5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、30°Cで1670〜5 ppmのHCHOの優れた応答と、0.05 ppmの超低検出濃度（応答値は3.85）を示します。同時に、5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは優れた選択性と安定性も備えており、そのすべてが金属酸化物センサーのレベルに達します。

メソッド

サンプル準備

純粋なIn ₂ O ₃ 6 mmolIn（NO ₃ ）₃ .4.5H ₂ O（99.99％、アラジン）、および45 mLの脱イオン水中の24ミリモルの尿素（99％、アラジン）。混合物を50mLのポリエチレン反応ポットに140°Cで16時間保持した後、室温まで冷却しました。調製した沈殿物をエチルアルコールで3回洗浄し、70°Cで20時間乾燥し、5°C min ^{-1
。純粋なIn ₂ O ₃ を脱イオン水に溶解し、20分間撹拌した後、AgNO ₃ （99.8％、Sigma-Aldrich）を透明な溶液に加えた。マグネチックスターラーで、新たに調製したNaBH ₄ （98％、アラジン）溶液を上記の混合溶液に一滴ずつ滴下した。攪拌後、AgをロードしたIn ₂のそのままの堆積物 O ₃ 遠心分離により回収し、無水エタノールで3回洗浄し、空気中60°Cで12時間乾燥させました。最後に、黄色がかったナノ構造のIn ₂ O ₃ サンプルが得られた。ガス検知応答に対するAg負荷率の影響を調べるために、さまざまなAg負荷率（1 wt％、3 wt％、5 wt％、および7 wt％）のさまざまなコントラスト複合材料を準備し、1％Ag-Inと名付けました。 ₂ O ₃ 、3％Ag-In ₂ O ₃ 、5％Ag-In ₂ O ₃ 、および7％Ag-In ₂ O ₃ それぞれ。}

特性評価

調製した製品の粉末X線回折（XRD）は、D / max-2300回折計（Rigaku Corporation; 35 kV）で、10〜90°のスキャン範囲で2°min ^{-の速度で実施しました。 1} CuKα1放射線を使用（l =1.540Å）。 X線光電子分光法（XPS）は、AlKα励起を備えたK-Alpha +分光計（Thermo Fisher Scientific Co. Ltd; 1486.6 eV）で実行され、各元素の化学的結合状態を観察しました。サンプルの形態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、サーモフィッシャーサイエンティフィック社）によって記録された。元素組成は、エネルギー分散型X線分光法（EDS）検出器を備えたSEMによって実行されました。粒子のサイズと結晶性の遷移電子顕微鏡法（TEM）と高分解能透過型電子顕微鏡法（HRTEM）は、200 kVで動作するJEM-2100顕微鏡（JEOL Co. Ltd.）によって実行されました。 N ₂ 得られたサンプルの吸脱着分析は、液体窒素温度でBeth装置（Bestech Instrument Technology Co. Ltd.）で収集されました。

センサーの製造とセンシングのテスト

準備されたままのガス検知材料（純粋なIn ₂ O ₃ 、1％、3％、5％、および7％のAgをロードしたIn ₂ O ₃ ）、2mgのガス検知材料サンプルを乳鉢で2mgの印刷油と混合し、メノウ乳鉢で1分間粉砕して均一なマッシュを形成しました。マッシュセンシング材料は、基板の外面にメッシュでスクリーン印刷され、乾燥オーブン内で60°Cで10分間乾燥されました。基板表面に形成されるガス検知材料の厚さは約10mmです。図1にガスセンサーの概略図を示します。最後に、デバイスの安定性を確保するために、デバイスを電気炉内で400°Cで2時間焼結しました。その後、HCRK-SD101ガス検知分析装置（武漢HCRKテクノロジー株式会社）により、相対湿度16±10％で検知特性を評価しました。準備したセンサーをテストチャンバー（2.7 L）に設置し、マイクロシリンジでさまざまな濃度のテストガスを注入しました。ガスセンサーの応答は、抵抗値Raと抵抗値Rgの比率として定義できます。ここで、RaとRgは、それぞれ空気とターゲットガスの抵抗を表します[41]。応答時間と回復時間は、吸着と脱着の間に最大検知値の90％を達成するために必要な時間を指します。

結果と考察

形態と構造の特性評価

純粋でAgをロードした分散In ₂の結晶相 O ₃ XRDを利用して調査した。純粋なAgをロードした分散In ₂のXRDパターン O ₃ 図2に示した。図2aから、In ₂の回折ピークがわかる。 O ₃ JCPDSカードNOによるとサンプルは類似しています。 06-0416、In ₂の立方構造に割り当てることができます O ₃ 。 In ₂の回折ピーク O ₃ サンプルは、30.58、35.46、51.03、および60.67の2yにあり、それぞれ222、400、440、および622平面に帰属します。 AgをロードしたIn ₂の場合 O ₃ サンプル、図2bでは、1％Ag-In ₂に対応するXRD曲線 O ₃ 、3％Ag-In ₂ O ₃ 、5％Ag-In ₂ O ₃ 、および7％Ag-In ₂ O ₃ 純粋なIn ₂に似ています O ₃ 、In ₂の結晶相を示します O ₃ 表面機能化プロセス中はほとんど影響を受けません。 Agの負荷量が増えると、Ag（JCPDSカードNO.04-0873）と一致する200と111の回折ピークが小さなバルジによって徐々に検出され、より大きな角度に連続的にシフトします。 XRDパターンから不純物相は調べられず、サンプルの顕著な純度がさらに確認されました。

表面領域で合成されたままのサンプルの成分と化学状態をさらに実証するために、XPSが提示されました。完全なXPSスペクトル（図3a）は、5％Ag-In ₂ O ₃ サンプルには主にIn、O、Ag、Cの元素が含まれています。スペクトルに元素Cが存在するのは、C 1 sの結合エネルギーによるものです。これは通常、XPS測定中にスペクトルの内部参照として使用されます。図3に示すように、すべてのXPSスペクトルは284.8eVのC1sピークでキャリブレーションされました。高分解能のIn3d XPSスペクトルは、452.08 eV（In 3d _{3/2）の結合エネルギーを持つ2つの強いピークに適合できます。} ）および444.48 eV（3d _5/2 ）図3b。報告されたIn3d _5/2との比較（443.60 eV）金属インジウムの信号。サンプルには金属インジウムのピークはありません。これは、元素インジウムが酸化物の形でのみ存在し、主要な状態がIn ³⁺ であることを示しています。。 Agピークの高分解能XPSスペクトルがスケッチされており、金属銀に対応するピークを374.0 eV（Ag 3d _3/2）に割り当てることができます。）および368.0 eV（Ag 3d _5/2 ）図3cで、表面領域にロードされたAg種が金属銀であることを示しています。

純粋なIn ₂の形態 O ₃ および5％Ag-In ₂ O ₃ サンプルは、SEM分析によって図4a〜eに事前に示されています。すべてのサンプルは、直径が20〜50 nmの範囲で、長さが数百ナノメートルから1μmを超えるナノ粒子の形態を示しました。純粋なIn ₂の場合 O ₃ 図4a–cのサンプルから、各ナノグレインの表面が滑らかであることがわかります。機能化プロセスの後、In ₂の表面がはっきりとわかります。 O ₃ 図4d–eでは、ナノグレインは少し粗く、AgNPはIn ₂の表面に分布しています。 O ₃ ナノグレイン。提示されたSEM画像は、Agの負荷がIn ₂の形態に有意な影響を及ぼさないことを示しています。 O ₃ 。

Agナノ粒子が分散したIn ₂に装飾された後 O ₃ ナノグレイン、5％Ag-In ₂の形態と結晶相 O ₃ サンプルは図5のTEM画像で示されています。30nmから約100nmのサイズのAgNPが、分散したIn ₂の表面にしっかりと固定されていることがわかります。 O ₃ ナノ粒子。これは、ガス検知特性を強化するのに役立ちます。 In ₂の詳細な微細構造をさらに観察するために O ₃ およびAgNP、5％Ag-In ₂の高分解能TEM画像 O ₃ サンプルが得られました（図5b、c）。分散したIn ₂ O ₃ 図5bおよびcでは単結晶に組み立てられています。図5cの高分解能TEM画像は、格子面が0.293 nmであることを示しています。これは、立方インチ₂の（222）結晶面に対応します。 O ₃ 、0.236 nmの結晶間隔はAgの（111）間隔とよく一致しています。さらに、インターフェースは、In ₂間の強力な電子的相互作用の存在を明らかにします。 O ₃ ナノ構造とAgナノ粒子。

エネルギー分散型X線分光法のパターン（図5d）は、不純物元素を含まないIn、O、および少数のAgが存在することを雄弁に証明しています。 In、O、およびAgの原子百分率は、それぞれ33.99％、62.43％、および3.59％です。 InとOの原子比は約1：2であり、5％Ag-In ₂ O ₃ サンプルは、選択した領域の主要な相成分です。 Agの分布をさらに決定するために、5％Ag-In ₂ O ₃ サンプルはEDSによって実行されました。図5e–hからわかるように、AgをロードしたIn ₂ O ₃ サンプルは、それぞれO、In、Agの元素マッピングによって均等に分散されました。結果は、分散したIn ₂の表面にAgNPの明らかな負荷があることを示しています。 O ₃ ナノ粒子と分散したIn ₂ O ₃ Agの装飾ではナノ構造は蓄積しません。

純粋なIn ₂の気孔率と比表面積を得るために O ₃ および5％Ag-In ₂ O ₃ サンプル、N ₂ 吸脱着実験法を採用した。現在のIUPAC分類に基づいて、図6aおよびbは、相対圧力（0.1

0 ）に対する古典的なタイプIIIの等温線を示しています。 <1.0）タイプH3ヒステリシスループを使用します。これは、粒状材料で構成され、明らかな飽和吸着プラットフォームがなく、細孔構造が非常に不規則であることを示しています。 5％Ag-In ₂の細孔容積と表面積 O ₃ は0.0650cm ³ g ^-1 および14.4m ² g ^-1 Brunauer–Emmett–Teller（BET）法で特徴付けられ、どちらも純粋なIn ₂よりも大きい O ₃ （6.5 m ² g ^-1 および0.0204cm ³ g ^-1 ）、Ag NPの特定の含有量がロードされると、比表面積が徐々に増加することを示しています。細孔径分布は、バレット-ジョイナー-ハレンダ（BJH）法を使用して測定しました。純粋なIn ₂の細孔径がわかります。 O ₃ 2〜54nmの範囲で分布します。 5％Ag-In ₂の場合 O ₃ サンプルでは、細孔径はすべて2〜65nmの間に分布しています。

ガス検知パフォーマンス

1 ppmのHCHOに曝露したときのガス応答は、センサーデバイスの動作温度を上げて、動作温度とガス応答の関係を観察し、最適化された動作温度を決定することによって調査されました。純粋なIn ₂ O ₃ 、1％Ag-In ₂ O ₃ 、3％Ag-In ₂ O ₃ 、5％Ag-In ₂ O ₃ 、および7％Ag-In ₂ O ₃ それぞれ30〜300°Cの動作温度で5ppmのガス状ホルムアルデヒド条件下で継続的にテストされました。各ガスセンサーの検知応答は一定の温度で測定され、ガスセンサーの記録値は図7に室温で示されています。

5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは30°Cでホルムアルデヒドガスに対して最大の応答を示し、応答は1670です。より低い動作温度（5％Ag-In ₂）で増加する傾向があります。 O ₃ ：1670、844、366、191、113、87、56、46.3、39、および44.2、30、60、90、120、150、180、210、240、270、および300°C; 7％Ag-In ₂ O ₃ ：同じ動作温度で400、143、49、33.1、29.3、37.8、20.3、23.3、8.66、および12.8）。 Ag-In ₂のガス応答 O ₃ センサーは純粋なIn ₂よりも高い値を示します O ₃ すべての動作温度範囲で、センサーの最適な動作温度と最適なHCHO応答を固定できます。その中で、5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、室温で5 ppmのHCHOに対して最高の応答（1670）を示し、他のセンサーよりも高いセンサーの優れた検知特性を示しています。室温でより高いガス応答が現れる理由は、Ag NPの触媒（スピルオーバー効果）および電子（ショットキーバリアの生成）感作に起因する可能性があります。 Ag NPをロードした後、動作温度が低下し、ホルムアルデヒドに敏感な応答が大幅に向上します。それにもかかわらず、Ag NPの負荷がさらに高まると、応答値は減少します。これは、In ₂の表面活性部位の数の減少に起因する可能性があります O ₃ これは、Ag NPの過剰な被覆率とガスの透過性が影響を受け、Ag NPの触媒作用が弱まり、吸着酸素イオンが減少することを示しています[28]。 In ₂に基づく以前に報告された他のガスセンサーとの比較 O ₃ ひまわり、In ₂ O ₃ / ZnOナノコンポジット、またはIn ₂ O ₃ ナノロッド、当社のガスセンサーは室温で顕著なガス応答を示します[28、29、40]。

合成ガスセンサーのHCHOに対する選択性をさらに確認するために、純粋なIn ₂の選択性検知性能 O ₃ 、1％Ag-In ₂ O ₃ 、3％Ag-In ₂ O ₃ 、5％Ag-In ₂ O ₃ 、および7％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、ベンゼン、トルエン、キシレン、メタン、ホルムアルデヒド、アセトン、エタノール、アンモニア、5％Ag-In ₂など、いくつかの揮発性有機化合物の10ppmに向けて室温でテストされました。 O ₃ および7％Ag-In ₂ O ₃ 室温で1ppmの濃度でこのガスに向かって。図8に示すように、Ag-In ₂ O ₃ センサーは、ホルムアルデヒドに対して優れた選択性を示しますが、同じ温度での他の一般的な干渉ガス、特に5％Ag-In ₂に対する応答は低くなります。 O ₃ センサー。これは、準備されたセンサーがホルムアルデヒドに対して非常に優れた選択性を持っていることを示しています。

さらに、5％Ag-In ₂の安定性 O ₃ センサーを図9に示します。5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、室温で6サイクルの1 ppm HCHOに向けて調査されました（図9a）。これは、室温でのHCHOに対する優れた再現性を示しています。図9cに示されているように、36日間の応答テストの結果は、5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、高いガス検知性能だけでなく、優れた長期安定性も備えています。一方、5％Ag-In ₂のガス検知特性 O ₃ さまざまな湿度条件下でのセンサーを調査しました（図9b）。明らかに、センサーは10〜30％の相対湿度範囲での検知性能に大きな影響を与えていません。それでも、相対湿度の範囲が30％から80％に増加すると、ガス検知特性は徐々に低下し始めます。

5％Ag-In ₂のリアルタイム動的ガス応答 O ₃ 室温でのさまざまな濃度でのHCHOに対するセンサーを図10に示します。1、0.8、0.6、0.4、0.2、0.1、0.08、および0.05ppmのホルムアルデヒドに対する応答はR _aと計算されました。 / R _g =それぞれ135、108、75、65、34、23、11、および3.85。感度振幅はガス濃度とともに単調に増加し、ガス濃度が0.05 ppmに達するまで飽和にはほど遠いため、ホルムアルデヒドの定量測定に役立ちます。特に、センサーが0.05 ppmという低い濃度のホルムアルデヒドにさらされた場合でも、応答は3.85と高く、センサーの検出濃度が非常に低いことを示しています。

ガスセンサーのメカニズム

In ₂ O ₃ 半導体は耐薬品性を感知する材料であり、その電気的特性は主にIn ₂の表面でのHCHOの反応によって変化します。 O ₃ 。 HCHOセンシングの概略図を図11に示します。センサーが空気にさらされると、空気中の豊富な酸素分子がIn ₂の表面に吸収されます。 O ₃ 、そしてこの酸素は、材料の導電性バンドから電子を捕獲し、それらをより活性な化学吸着酸素に変換します。これにより、初期抵抗を大幅に増加させる空間電荷領域（空乏層）が作成されます。電子空乏層は、空気中のセンサーの初期抵抗に大きな影響を与えます。化学吸着された酸素種の主な形態はO ₂です。 ⁻ およびO ⁻ 、これは式として説明できます。（1）-（3）：

$$ {O} _ {2（gas）} \ to {O} _ {2（ads）} $$（1）$$ {O} _ {2（ads）} + {e} ^ {-} \ to {{O_2} ^ {-}} _ {（ads）} $$（2）$$ {{O_2} ^ {-}} _ {（ads）} + {e} ^ {-} \ to 2 { O ^ {-}} _ {（ads）} $$（3）

センサーがHCHOで膨張した環境に置かれると、化学吸着酸素がHCHOと反応し、電子を導電性バンドに放出して、空間電荷領域の厚さを減らし、センサーの抵抗を減らします。発生した反応は、式（1）のように説明できます。（4）および（5）：

$$ HCHO + {{O_2} ^ {-}} _ {ads} \ to C {O} _2 + {H} _2O + {e} ^ {-} $$（4）$$ HCHO + 2 {O ^ {-} } _ {（ads）} \ to C {O} _2 + {H} _2O + 2 {e} ^ {-} $$（5）

明らかに、センサーのパフォーマンスは5％Ag-In ₂に基づいています O ₃ 純粋なIn ₂よりもはるかに高い O ₃ 。この優れた応答は、AgNPの電子的増感と化学的効果によるものです。 Ag NPは、分子状酸素の解離を触媒的に活性化するための高い可用性を備えており、生成された活性酸素種は金属酸化物表面にこぼれ、酸素の吸脱着反応と相互作用します[42]。化学吸着された酸素は、テストされたガスとの反応を調整することにより、センサーのガス検知において重要な役割を果たします[43]。 Pure In ₂ O ₃ および5％Ag-In ₂ O ₃ センサーに基づいてXPSで調査し、サンプル中の化学吸着酸素の比率を確認しました。 O ₁ 純粋なIn ₂のスペクトル O ₃ および5％Ag- In ₂ O ₃ （図12a、bおよび表1）は、吸着された酸素含有量（O ^- の2.46％）を示しています。およびO ₂の19.54％ ⁻ ）5％Ag- In ₂ O ₃ 純粋なIn ₂よりも高い O ₃ （O ⁻ の1.83％およびO ₂の16.05％ ⁻ ）、これは主に金属酸化物半導体に対するAgNpsの波及効果によるものです[44]。 Ag NPの高い導電性と触媒特性により[28、42、45、46]、金属酸化物の表面にあるAg NPは、化学吸着された酸素種の化学活性を高め、基板上に酸素種をこぼし、加速します。低温でのガス検知用。

<図>

さらに、ショットキー接合は、In ₂間の界面に形成することができます。 O ₃ バンドギャップと仕事関数の違いによるAg [47、48]。 5％Ag-In ₂の場合 O ₃ 純粋なIn ₂と比較して、材料は大気にさらされています O ₃ 、5％Ag-In ₂の空乏領域 O ₃ AgとIn ₂の間にショットキー接合が存在するため、複合材料はさらに広がります。 O ₃ インターフェース。 O ⁻ などの荷電種およびO ^2- In ₂の表面に吸着 O ₃ また、検知材料から自由電子を捕獲することにより、電子の枯渇に寄与します[15]（図12a、b）。 5％Ag-In ₂のベース抵抗 O ₃ 純粋なIn ₂の抵抗（7.8kΩ）よりはるかに高い206000kΩまで調査されました O ₃ （図12c、d）、さらにAgNPがベースライン抵抗を著しく高めることができることを示しています。 5％Ag-In ₂の場合 O ₃ 材料はセンシングプロセスでHCHOにさらされ、AgとIn ₂の間の界面にショットキー接合が形成されます。 O ₃ より多くのオーバーフロー電子を生成し、それをIn ₂に提供します O ₃ マトリックス、空乏層の効率的な変調をもたらします。その上、Ag / In ₂の表面により多くの酸素物質が吸着されています O ₃ 、HCHOと化学吸着酸素の間で発生する酸化還元反応が強化されます。これらの増加した表面反応によって生成された冗長電子により、5％Ag-In ₂の抵抗が大幅に減少します。 O ₃ HCHOのベースセンサー（図12c、d）。したがって、5％Ag-In ₂ O ₃ センサーはHCHOよりも優れた検知性能を備えています。

結論

要約すると、Agナノ粒子で増感された分散型In ₂を備えた超高性能HCHOケミレジスターを実現しました。 O ₃ 半導体。 5％Ag-In ₂ O ₃ センサーは、1 ppmのHCHOガスに対して超高応答（135）、短応答時間（102 s）、回復時間（157 s）、および室温での超低検出濃度（0.05 ppm）を示します。他のHCHOセンサーと比較して、このセンサーは室温での再現性と応答性が高く、実用性に優れています。