各种挥发性有机化合物（VOCs）不仅污染了大气和其他环境，而且还会直接影响人类健康，甚至危害生命安全。因此，对VOCs的检测和预警尤为重要。近年来，用于检测甲醛的室温高响应的化学电阻传感器和光学传感器不断得到发展。基于此，一种低成本、快速、可再生的VOCs气体检测传感器值得期待。

  近日，浙江理工大学余厚咏教授课题组在国际知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering上发表了题为“Interface Growth of PANI-ZnO Nanohybrids on a Self-Formed Grapefruit Peel Aerogel to Construct a Quick Self-Restored Gas Sensor”的封面论文。该论文提出了通过在柚子皮气凝胶上表面生长聚苯胺/氧化锌纳米杂化物来构建复合气凝胶 (PANI-ZnO@GPA)。得益于其坚固的骨架结构，PANI-ZnO@GPA在长时间的无水乙醇浸渍后，在大气压下干能保持形状稳定不收缩。PANI-ZnO@GPA能有效检测乙醇、氨、乙酸和甲醛，特别是对甲醛，具有较低的检测极限（2.32 ppm）和高灵敏度(0.134% ppm^-1)。该气体传感器的优点在于氧化锌纳米棒在骨架表面的拓扑结构，实现了具有高比表面基的多孔表面结构。更有趣的是，复合气凝胶可以在短时间的阳光照射下恢复气体传感性能。这种光自修复过程证明了复合气凝胶作为持久、高效和可重复气体传感器的应用可能性。

图1. (a)预处理以获得自成型柚子皮气凝胶；(b) PANI-ZnO@GPA的制备示意图

图2. (a,b) GPA的SEM图；（c）气凝胶样品的照片；（d-f）ZnO@GPA和（g-i）Pani-ZnO@GPA的SEM图

图3. （a）GPA、（a）ZnO@GPA和（a）PANI-ZnO@GPA的样品表面的EDX图；(d)扫描电镜能量色散光谱仪测定的PANI-ZnO@GPA元素分布

图4. PANI, ZnO, GPA, ZnO@GPA, PANI-ZnO@GPA的 (a, b) FTIR 光谱, (c) TGA和(d) DTG曲线

图5. (a) XRD 图谱；ZnO@GPA和PANI-ZnO@GPA的(b) XPS全谱，(c) Zn 2p和 (d) O 1s精细谱

图6. （a）用于气体传感测试的简单装置。在室温下暴露于不同蒸汽时的阻力变化：（b）200 ppm乙醇蒸汽，重复5次；（c）500ppm醋酸气体/氨；以及不同浓度的（d）甲醛蒸气；（e）定量响应变化与甲醛蒸汽浓度的变化。（f）PANI-ZnO@GPA中PANI-ZnO@GPA和PANI-ZnO异质结的三级结构。

图7. PANI-ZnO@GPA基气体传感器的主要气体传感机制。

图8. （a）PANI-ZnO@GPA（高13.5 mm）的10次压缩循环试验，ε为10%，记录电阻变化。（b）GPA（高12.3mm）在ε为10、20、30、40和50%时的压缩曲线。（c）在ε=50%（高0.6mm）下，不同浓度甲醛气体时的反应。（d）反复暴露于10 ppm甲醛时，光照前后的响应（插图：1个模拟太阳光照下的气凝胶热成像图）。

  原文链接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c08195

作者简介

  余厚咏，浙江理工大学教授，纺织科学与工程学院副院长。入选2020年度浙江省“万人计划”青年拔尖人才，2020年首批“浙江省高校领军人才培养计划”、2019年浙江省“院士结对英才计划”（结对纤维素领域张俐娜院士）、2017年浙江省高等学校中青年学科带头人、第四届2018-2020年度中国科协青年托举人才项目、2018年湖州“南太湖精英人才”创新领军人才等人才项目的支持。以第一作者或通讯作者在Journal of the American Chemical Society、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Green Chemistry、ACS Applied Materials & Interfaces等国际知名期刊发表SCI论文107篇(SCI一区论文53篇)，总引用次数google scholar 3749次；获得国家授权专利28 项；2019年6月被Chemical Engineering Journal主编推荐作为旗下Materials Science for Energy Technologies（SCI杂志）的Editorial Board Member(编委会成员)。