聚醋酸乙烯酯纳米纤维功能化石英晶体微天平用于氨气检测

ACS Appl. Nano Mater.：柠檬酸掺杂聚醋酸乙烯酯纳米纤维功能化石英晶体微天平用于氨气检测

DOI:10.1021/acsanm.0c00896 研究者基于石英晶体微天平（QCM）平台，利用电纺聚醋酸乙烯酯（PVAc）纳米纤维进行功能化，并掺杂各种有机酸（如草酸、酒石酸和柠檬酸）制备了高灵敏度、高选择性的氨气传感器。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和傅立叶变换红外（FTIR）光谱确认了QCM顶部纳米纤维基活性层的结构和化学表面状况。发现掺有柠檬酸的PVAc纳米纤维基QCM传感器的灵敏度最高（2.95 Hz/ppm），其检测限（LOD）低至亚ppm级（550 ppb）。该材料还具有良好的选择性、快速响应、较短的恢复时间和良好的重复性。这种基于纳米纤维化学修饰的简单且低成本的替代解决方案能够在许多领域（包括智能电子鼻应用）提高QCM基氨气传感器的性能。

图1.石英微天平（QCM）芯片上的有机酸掺杂聚醋酸乙烯酯（PVAc）纳米纤维的示意图（上）。使用由振荡器和频率计数器（底部）组成的数据采集（DAQ）系统对氨气传感配置进行说明。

图2.所制备的纳米纤维基传感表面的SEM图像（左），AFM图像的3D和2D俯视图（中）以及横截面轮廓（右）：（a）PVAc、（b）PVAc/OA、（c）PVAc/TA和（d）PVAc/CA。

图3.纯PVAc和酸掺杂的PVAc纳米纤维的FTIR光谱：（a）PVAc/OA、（b）PVAc/TA以及（c）PVAc/CA。（d）湿度校正前后，暴露于200 ppm氨气中的PVAc/CA QCM传感器的频移。（e）PVAc/TA和（f）PVAc/CA QCM传感器暴露于递增氨气浓度的频率偏移。

图4.在暴露于不同浓度氨气的过程中，涂覆有（a，b）PVAc/TA和（c，d）PVAc/CA纳米纤维的QCM传感器的频移。（e）用PVAc/酸纳米纤维功能化的QCM基氨气传感器的灵敏度（S）和（f）归一化值。

图5.（a）PVAc/CA纳米纤维的SEM图像及其预测的表面羧基-氨相互作用。（b）暴露于200 ppm氨气下的PVAc/CA纳米纤维传感器的重复三循环和（c）一循环动态响应，显示其测定的响应和恢复时间。（d）暴露于固定100 ppm浓度的不同分析物的QCM传感器的频移。（e）对于不同分析物类型，PVAc/酸掺杂纳米纤维传感器与非掺杂传感器的频移比。（f）氨气传感器对其他分析物的交叉敏感率。

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来源:易丝帮