DOI:10.1039/d0ra02591g

使用静电纺丝和水热技术，利用高效且简便的两步法成功合成了一种基于粒子修饰α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄纳米管的新型复合材料。在电纺α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米管上水热制备了均匀的小尺寸Co₃O₄纳米粒子。使用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析检验了纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄的复合材料。根据BET测量，基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄的复合材料具有54 m² g^-1的大比表面积，中孔直径范围为2-10 nm，这主要归因于与纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维（38 m² g^-1）和Co₃O₄纳米颗粒（32 m² g^-1）相比，其气体传感的显著增强。在这项工作中，与纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和Co₃O₄纳米粒子相比，基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄的新型复合材料在170℃的最佳工作温度下具有30.25的高灵敏度和对100 ppm乙醇的快速响应/恢复速度，在220℃和280℃的最佳工作温度下，其灵敏度分别为13.10和2.99。基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄传感器的复合材料表现出对乙醇的优异传感性能，这可能归因于大量的表面氧物种、Co₃O₄纳米颗粒的小尺寸催化效应以及在n型Co₃O₄和p型Co₃O₄之间形成的界面效应导致的高载流子浓度。这是在气敏时代对基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄传感器的复合材料进行的一项新研究，在先进的气敏领域具有重要的应用价值。

图1.基于粒子修饰α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄纳米管复合材料的制备和合成策略。

图2.（a）α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维（红色）、（b）基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄异质结构的复合材料（粉红色）和（c）Co₃O₄纳米颗粒（蓝色）的XRD图。

图3.（a）纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维的SEM图像。（b）和（c）α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料的高倍率和低倍率SEM图像。（d）和（e）α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料的高倍率和低倍率TEM照片。（f）α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料的HRTEM照片。

图4.（a）α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料的XPS全光谱。（b）α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄的Bi 4f、（c）Mo 3d、（d）CO 2p以及（e）和（f）O 1s XPS光谱。

图5.（a）纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料的氮气吸附-解吸等温线，插图显示纯Co₃O₄纳米颗粒。（b）纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和基于粒子修饰α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄纳米管的复合材料的相应吸附-解吸孔径分布曲线，插图显示纯Co₃O₄纳米颗粒的孔径分布曲线。

图6.（a）在不同工作温度下，纯α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料对100 ppm乙醇的响应。（b）在170℃的最佳温度下，纯Co₃O₄纳米颗粒、α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄传感器的复合材料对100 ppm不同目标气体的气体响应。（c）基于纯Co₃O₄纳米颗粒、α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料的传感器在170℃下对不同乙醇浓度的实时传感响应曲线。（d）纯和复合基传感器的气体响应随乙醇浓度的变化而变化。

图7.（a）α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄复合材料对100 ppm乙醇的长期稳定性。（b）在170℃的最佳温度下，纯Co₃O₄纳米颗粒、α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米纤维和基于α-Bi₂Mo₃O₁₂/Co₃O₄的复合材料对不同相对湿度效应的响应（误差线代表在三次测量中获得的标准误差）。

图8.（a）和（b）暴露于乙醇目标气体之前和之后的示意图，（c）和（d）显示了空气中以及暴露于目标气体乙醇之后的带隙能量。