前言

低维量子点(QDs)因其高活性和高比表面积而受到越来越多的关注。对于薄膜气体传感器的改进，纳米材料的发展是最适合高选择性和稳定性气体传感器的技术之一。低维量子点纳米材料的合成因其高比表面积、低成本、高吸收率和小孔径而显示出巨大的应用前景。这些量子点材料的物理和电学性质与其他块体材料非常不同。基于量子点的应用很少被发现用于检测不同的气体、太阳能电池、光催化剂、抗菌活性和燃料电池。挥发性有机化合物被认为是对人体最有害的气体，也是环境污染的主要来源。非常高浓度的蒸汽排放会导致癌症。因此，需要开发更多的挥发性有机化合物传感器来应对这些问题。

研究内容

堪培拉大学的研究人员报道了用于检测挥发性有机化合物气体的普通氧化锌和金改性氧化锌量子点薄膜低维器件。量子点成功地通过低成本溶胶-凝胶工艺合成。用x光衍射、透射电子显微镜、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜和傅里叶红外光谱仪成功地测试了其结构和形态特征。电气性能也在室温下的低气体浓度(0.001%)下进行测试。结果表明，与未改性的氧化锌量子点相比，金改性的氧化锌量子点获得了更快的响应和可接受的恢复时间。与氧化锌量子点相比，沉积金修饰的氧化锌量子点对不同的挥发性有机化合物具有更高的响应值和良好的稳定性。

实验方法

对于氧化锌量子点的合成，采用了醋酸锌二水合物和2-甲氧基乙醇。最初，乙酸锌脱水完全溶解在2-甲氧基乙醇中，并在氮气氛围下搅拌24小时。此外，溶液在室温下老化1小时，用去离子水洗涤并除去残留离子，然后溶液在100℃下再次干燥12小时。为了获得氧化锌纳米粉末，溶液在350℃下退火8小时。

气体传感测量装置示意图。

原子力显微镜(AFM)图像与(a)氧化锌和(b)金-氧化锌量子点薄膜传感器的直方图图像。

氧化锌量子点和金-氧化锌量子点薄膜传感器的响应与室温的关系。

室温下，0.0001%-0.001%气体浓度下Au-ZnO量子点中VOCs (a)甲醇(b)乙醇(c)丙醇(d)丁醇的瞬态响应。

结论

在目前的工作中，薄膜量子点分别采用普通氧化锌和金改性氧化锌制备，并对两种传感器进行了表征，以比较它们在室温下检测各种挥发性有机化合物(纯度99.9%)的性能。实验结果表明，在高退火温度(350℃)下，金-氧化锌量子点对挥发性有机化合物的响应优于未改性的氧化锌量子点。高退火温度的目的是通过薄膜沉积工艺去除沉积的表面酸，以提高氧化锌量子点和金-氧化锌量子点表面的高吸附率，从而获得更好的响应。研究人员还发现，在室温(350℃)下，金-氧化锌量子点对甲醇、乙醇、丙醇和丁醇的响应/恢复时间分别为17s/52s、25s/27s、23s/25s。因此，他们推测在室温下，金-氧化锌量子点比未改性的氧化锌量子点更适合检测挥发性有机化合物。金改性氧化锌薄膜传感器的重复性和稳定性研究表明，该传感器适用于实时应用，提高了挥发性有机化合物的检测灵敏度和微小百分比。

DOI: 10.1109/JSEN.2020.3002967。