前言

根据世界卫生组织的数据，人为空气污染物正在对人类健康产生负面影响，因为这些污染物每年导致约420万人过早死亡。与环境空气污染有关的过早死亡主要发生在心脏病、慢性阻塞性肺病、肺癌等。例如，氮氧化物(NOx)，特别是NO2是降低环境空气质量的五种主要污染物之一。氮氧化物是由燃烧过程产生的，例如机动车尾气。NO2对平流层中地面臭氧、酸雨和无机环境颗粒物的形成有直接贡献。暴露于NO2可能导致呼吸道刺激、慢性支气管炎和哮喘(美国环境保护署设定的年度标准为53 ppb)。

研究内容

维吉尔罗维拉大学首次报道了在标准陶瓷换能器上直接生长1D纳米结构上的WS2纳米片的3D组件，使用两步化学气相沉积(它结合了气溶胶辅助化学气相沉积和化学气相沉积方法)来开发NO2化学电阻传感器。纳米片在没有H2辅助的氩气流下在大气压下生长。这使得该过程非常简单并且安全。分别在WS2纳米棒和/或纳米针上以2D WS2纳米片和/或纳米三角形的3D组装形式生长了两种不同的形貌。在整篇论文中，这两种形态分别被称为WS2nf和/或WS2 NTs。对其相组成、形貌、显微结构和化学成分进行了表征。WS2 NT传感器表现出非常高的NO2响应，具有良好的稳定性，并且在低工作温度下实现了低于5 ppb的前所未有的低检测限。此外，对H2S、H2和NH3等潜在干扰物种的响应也进行了研究，以评估NO2的选择性。最后，讨论了WS2纳米片三维组装的NO2传感机理。

实验方法

第一步沉积:WO3纳米棒(NRs)或纳米针(NNs)直接沉积在氧化铝基底上，使用溶于丙酮和甲醇混合物中的六羰基钨，比例为3∶1。值得注意的是，通过改变沉积过程中的氮气流量，获得的形貌可以从纳米到纳米变化。首先，用丙酮、乙醇和蒸馏水清洗衬底，用空气干燥，然后放入化学气相沉积热壁反应器中。接下来，将前体与有机溶剂在玻璃烧瓶中混合，超声处理20分钟，然后置于超声波浴中，以将混合物转化为气溶胶。沉积温度设定为400℃。使用氮气作为载气(0.5升/分钟以获得NRs，1升/分钟以获得NNs)，以将气溶胶输送到反应器内的加热区。整个生长过程的持续时间保持在45分钟以下。沉积后，样品在干燥的零级空气中以2升/分钟的流速在500℃退火3小时。

(a)WO3纳米材料的化学气相沉积合成，(b)WS2纳米材料的化学气相沉积合成。

裸露的Al2O3衬底(下部图案)、WO3 NRs(中部图案)和WS2 NFs(上部图案)的XRD衍射图。

(a和b)WS2 NTs和WS2 NFs的气体传感器响应，作为温度的函数，分别对800 ppb和300 ppb的NO2，以及(C)和(d)两个传感器在150℃工作时对这些浓度的电阻变化。

WS2纳米片(W =粉色，S =黄色)对NO2气体分子的气敏机制。

结论

这些结果揭示了形态学在提高传感器性能中的重要作用。此外，实验还观察到响应的良好稳定性和再现性，这些与传感器换能器上材料的直接生长有关。此后，该研究为开发质量更好的WS2气体传感器用于NO2检测铺平了道路。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128813。