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  各種揮發性有機化合物（VOCs）不僅污染了大氣和其他環境，而且還會直接影響人類健康，甚至危害生命安全。因此，對VOCs的檢測和預警尤為重要。近年來，用于檢測甲醛的室溫高響應的化學電阻傳感器和光學傳感器不斷得到發展。基于此，一種低成本、快速、可再生的VOCs氣體檢測傳感器值得期待。

  近日，浙江理工大學余厚詠教授課題組在國際知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上發表了題為“Interface Growth of PANI-ZnO Nanohybrids on a Self-Formed Grapefruit Peel Aerogel to Construct a Quick Self-Restored Gas Sensor”的封面論文。該論文提出了通過在柚子皮氣凝膠上表面生長聚苯胺/氧化鋅納米雜化物來構建復合氣凝膠 (PANI-ZnO@GPA)。得益于其堅固的骨架結構，PANI-ZnO@GPA在長時間的無水乙醇浸漬后，在大氣壓下干能保持形狀穩定不收縮。PANI-ZnO@GPA能有效檢測乙醇、氨、乙酸和甲醛，特別是對甲醛，具有較低的檢測極限（2.32 ppm）和高靈敏度(0.134% ppm^-1)。該氣體傳感器的優點在于氧化鋅納米棒在骨架表面的拓撲結構，實現了具有高比表面基的多孔表面結構。更有趣的是，復合氣凝膠可以在短時間的陽光照射下恢復氣體傳感性能。這種光自修復過程證明了復合氣凝膠作為持久、高效和可重復氣體傳感器的應用可能性。

圖1. (a)預處理以獲得自成型柚子皮氣凝膠；(b) PANI-ZnO@GPA的制備示意圖

圖2. (a,b) GPA的SEM圖；（c）氣凝膠樣品的照片；（d-f）ZnO@GPA和（g-i）Pani-ZnO@GPA的SEM圖

圖3. （a）GPA、（a）ZnO@GPA和（a）PANI-ZnO@GPA的樣品表面的EDX圖；(d)掃描電鏡能量色散光譜儀測定的PANI-ZnO@GPA元素分布

圖4. PANI, ZnO, GPA, ZnO@GPA, PANI-ZnO@GPA的 (a, b) FTIR 光譜, (c) TGA和(d) DTG曲線

圖5. (a) XRD 圖譜；ZnO@GPA和PANI-ZnO@GPA的(b) XPS全譜，(c) Zn 2p和 (d) O 1s精細譜

圖6. （a）用于氣體傳感測試的簡單裝置。在室溫下暴露于不同蒸汽時的阻力變化：（b）200 ppm乙醇蒸汽，重復5次；（c）500ppm醋酸氣體/氨；以及不同濃度的（d）甲醛蒸氣；（e）定量響應變化與甲醛蒸汽濃度的變化。（f）PANI-ZnO@GPA中PANI-ZnO@GPA和PANI-ZnO異質結的三級結構。

圖7. PANI-ZnO@GPA基氣體傳感器的主要氣體傳感機制。

圖8. （a）PANI-ZnO@GPA（高13.5 mm）的10次壓縮循環試驗，ε為10%，記錄電阻變化。（b）GPA（高12.3mm）在ε為10、20、30、40和50%時的壓縮曲線。（c）在ε=50%（高0.6mm）下，不同濃度甲醛氣體時的反應。（d）反復暴露于10 ppm甲醛時，光照前后的響應（插圖：1個模擬太陽光照下的氣凝膠熱成像圖）。

  原文鏈接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c08195

作者簡介

  余厚詠，浙江理工大學教授，紡織科學與工程學院副院長。入選2020年度浙江省“萬人計劃”青年拔尖人才，2020年首批“浙江省高校領軍人才培養計劃”、2019年浙江省“院士結對英才計劃”（結對纖維素領域張俐娜院士）、2017年浙江省高等學校中青年學科帶頭人、第四屆2018-2020年度中國科協青年托舉人才項目、2018年湖州“南太湖精英人才”創新領軍人才等人才項目的支持。以第一作者或通訊作者在Journal of the American Chemical Society、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、ACS Applied Materials & Interfaces等國際知名期刊發表SCI論文107篇(SCI一區論文53篇)，總引用次數google scholar 3749次；獲得國家授權專利28 項；2019年6月被Chemical Engineering Journal主編推薦作為旗下Materials Science for Energy Technologies（SCI雜志）的Editorial Board Member(編委會成員)。