2022年12月7日，团队成员周颖老师和侯星慧老师在《Sensors and Actuators B: Chemical》上发表题为“MOF-derived Co3O4 hierarchical porous structure for enhanced acetone sensing performance with high sensitivity and low detection limit”的研究论文。丙酮是一种常用的挥发性有机化合物，广泛应用于工业和生活的各个领域。然而，当其浓度超过一定阈值后，会对人的生命和健康产生危害。同时，丙酮还是糖尿病的呼吸标志物。因此，对丙酮气体浓度的实时监测至关重要。为了及时检测周围环境质量和实现糖尿病的早期筛查，开发具有高灵敏性、优异选择性和快速响应的的丙酮气体传感器是十分必要的。Co3O4作为典型的p型半导体，具有形貌可调、多价性、无毒性和良好的丙酮催化能力等优良性能，被广泛应用于丙酮传感领域。然而，Co3O4的低响应和高工作温度限制了它的进一步应用。MOFs是一类多孔晶体结构材料，其中金属离子由有机配体连接。MOFs衍生的半导体金属氧化物（MOS）因其介孔孔隙、独特形貌、可调的结构和成分而被认为是开发高性能气体传感器的重要候选材料。作者采用溶剂热法制备的Co-MOF为牺牲模板，结合后续热处理成功制备了Co3O4-x分层多孔结构。采用XRD、Raman、SEM等多种技术，研究了不同比例硝酸钴和氯化钴对Co3O4-x（x = 0，1，2，3）样品形貌、结构及气敏性能的影响。研究结果表明，典型的Co3O4-2传感器在140℃对50 ppm丙酮的响应（27.6）明显高于Co3O4-0（6.1）。此外，Co3O4-2传感器还表现出相当低的检测下限（0.1 ppm）、优越的选择性、重复性和长期稳定性。分级多孔Co3O4-x材料的丙酮传感性能得到改善与其微观结构的变化密不可分。分级结构的形成有利于气体的吸附和扩散，且其纳米颗粒之间的有效黏连也为载流子的传输提供了途径，提高了载流子的迁移速率，进而改善了气敏响应。本工作为糖尿病患者呼吸气体监测材料的制备提供了新的思路。
上述工作得到中国博士后科学基金项目、河南省博士后科研项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.132973
