近年来，NO2、H2S、正丁醇等有毒气体的检测越来越受到重视。正丁醇是一种常见的工业溶剂和化学合成中间体，广泛应用于化工、制药等领域。然而，正丁醇具有毒性且高度易燃，长时间暴露可能对皮肤、眼睛造成刺激，甚至麻痹神经系统，导致严重健康问题。因此，开发新型正丁醇气敏材料对于保障人员和环境安全至关重要。
近日，长春理工大学董相廷教授、邵红副教授和王天奇副教授团队在期刊《Sensors and Actuators: B. Chemical》上，发表了最新研究成果“Electrospun FeVO4 nanofibers-based gas sensor with high selectivity and fast-response towards n-butanol”。研究者通过简单的一步静电纺丝法与煅烧法合成了一维FeVO4纳米纤维(图1)，并首次将其应用于气体传感领域。在最佳工作温度下，FeVO4纳米纤维对正丁醇具有高选择性和快速响应，其对100ppm正丁醇响应时间和恢复时间分别为3 s和14 s。本研究对于气体传感技术的发展具有重要意义，为正丁醇等挥发性有机物的监测提供了新的思路和方法。
图1：FeVO4纳米纤维的制备工艺示意图。
FeVO4前驱体在450(C、500(C、550(C下煅烧2 h后，纳米纤维的直径减小，纳米纤维表面变得明显粗糙。这是由于有机物消除、无机盐分解和FeVO4结晶过程中产生的气体所致。当煅烧温度高于600(C时，纤维形貌消失。
图2：(a, b)FeVO4前驱体及其在不同煅烧温度下煅烧2 h后样品的SEM照片，其中(c, d) 450(C、(e, f) 500(C、(g, h) 550(C、(i, j) 600(C和(k, l) 650(C。
XRD图谱表明当煅烧温度高于550 (C时，成功合成三斜晶系FeVO4。XPS结果证实了FeVO4纳米纤维中存在Fe2+、Fe3+、V5+和V4+，这是因为在煅烧过程中释放的氨气作为还原剂，将一些高价态的Fe3+和V5+转化为低价态Fe2+和V4+。FeVO4纳米纤维表面具有更多的氧空位和吸附氧，氧空位的存在促进了氧分子的吸附，从而产生更多的活性位点，并且随着氧空位的增加，吸附的氧分子和目标气体分子的量也增加，有利于提高气体的灵敏度。
图3：FeVO4前驱体在不同温度下煅烧2 h的XRD谱图、三斜晶系FeVO4的晶体结构和XPS谱图。
如图4，在最佳工作温度300(C下，相比于FeVO4样品(650)，FeVO4纳米纤维基气敏元件对正丁醇具有良好的选择性；随着正丁醇气体浓度的逐渐增大，FeVO4纳米纤维基气敏元件的电阻值的变化量也随之增大，即灵敏度呈增大趋势；当浓度增大至80 ppm时，阶梯状不明显。在100 ppm浓度内的正丁醇，器件灵敏度与浓度呈良好的线性关系。当正丁醇的浓度为100 ppm时，FeVO4纳米纤维基气敏元件的响应恢复过程十分稳定，并且具有较快的响应速度和恢复速度，其响应恢复时间分别为3 s和14 s，这是因为FeVO4纳米纤维具有特殊的一维结构、较大的比表面积、丰富的氧空位和吸附氧。
图4： FeVO4纳米纤维的气体传感性能。
此外，FeVO4纳米纤维基气敏元件还表现出良好的稳定性。本工作展示了FeVO4纳米纤维在气敏领域的应用潜力，为构建其他纤维基气体传感器提供了理论和技术支持。
长春理工大学硕士生郝璐和李吉为该项研究成果的共同第一作者。本研究工作同时得到了国家自然科学基金、吉林省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.137515
人物简介：
董相廷，长春理工大学化学与环境工程学院，教授，博士，博士生导师。从事纳米材料与技术研究，主要研究方向为：电纺技术构筑光电磁多功能一维纳米结构材料与特性研究；电纺技术构筑稀土化合物一维纳米材料与发光性能研究；电纺、水热与溶剂热等及其结合技术构筑低维纳米材料与表征，并将所构筑的低维纳米材料应用于光催化分解有机污染物、光催化分解水制氢、电催化析氢和析氧、锂离子电池、锂硫电池、超级电容器和气体传感器中。以第1名获吉林省技术发明一等奖1项、技术发明二等奖1项、自然科学二等奖1项；以通讯作者在Adv. Funct. Mater., Small, Renew. Sust. Energ. Rev., Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Interfaces, Compos. Sci. Technol., Sensor Actuat B: Chem, J. Mater. Chem. C, Nanoscale等国际重要期刊发表论文500余篇；获授权国家发明专利100余件；研究成果引起领域内同行的高度关注。
邵红，长春理工大学化学与环境工程学院副教授，硕士生导师，吉林省高层次人才（D类）。2020年于东北师范大学物理学院获工学博士学位，现研究方向为新型功能材料的开发。先后主持/参与国家自然科学基金、吉林省科技厅等课题10余项。以第一/通讯作者在Chem. Eng. J., Small, Sens. Actuators B Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Mater. Chem. C发表论文20余篇。
王天奇，长春理工大学化学与环境工程学院副教授，博士生导师。中国科协青年人才托举工程入选者；吉林省高层次人才（D类）。2018年于东北师范大学化学学院获理学博士学位，现研究方向为多酸基气体传感器的研制。先后主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金等课题6项。在ACS Sens.，Sens. Actuators B Chem.等期刊共发表第一（通讯）作者SCI论文20余篇，其中ESI前1%高被引论文2篇。
