基于介孔铟掺杂氧化锌纳米球的苯甲醛气体传感器用于饮用水中鱼腥味的高灵敏检测

本研究首次开发了介孔铟掺杂氧化锌（In-doped ZnO）纳米球气体传感器，实现了对饮用水中典型鱼腥味物质苯甲醛（benzaldehyde）的高性能检测。该传感器具备高响应值（10.1 @ 11.1 ppm）、快速响应/恢复时间（35/39 s）、低检测限（0.38 ppm）和优异选择性，其性能提升源于大比表面积（56.59 m²/g）、开放介孔结构和铟掺杂增强的化学吸附氧浓度。研究成果为半导体金属氧化物（SMO）传感器在水体异味实时监测中的应用提供了新策略。

Highlight

介孔铟掺杂氧化锌纳米球气体传感器展现出卓越的苯甲醛检测性能：

• 超高响应值（10.1 @ 11.1 ppm）

• 快速响应/恢复时间（35/39秒）

• 低检测限（0.38 ppm）

• 优异选择性和长期稳定性

表征介孔铟掺杂氧化锌纳米球

通过自模板法合成的介孔铟掺杂氧化锌纳米球成功沉积于陶瓷管上制成气体传感器（图1a, 1b）。铟-锌-多酚杂化材料经由改进的溶胶-凝胶工艺制备：在弱碱性条件下，甲醛作为单宁酸（TA）的交联剂，F127用于控制纳米球尺寸。最终形成的材料具有开放介孔框架（孔径12.8 nm）、高比表面积（56.59 m²/g）和均匀粒径（约72 nm），这些特性为气体分子扩散和表面反应提供了理想平台。

结论

基于介孔铟掺杂氧化锌纳米球的半导体金属氧化物（SMO）气体传感器对饮用水中的典型鱼腥味物质苯甲醛表现出卓越的传感性能。铟掺杂通过提升化学吸附氧物种浓度和电子传输效率，显著增强了传感器灵敏度。该传感器在真实水源中成功识别苯醛蒸气，展现了其在饮用水异味现场检测中的应用潜力。

CRediT作者贡献声明

Jing Wei：文稿审阅–编辑、研究监督、课题构思、资金获取。Jianghao Zhao：原稿撰写、方法建立、数据采集与分析。Dong Cheng：文稿审阅–编辑、验证实验、形式分析。Youyou Feng：文稿审阅–编辑、方法验证、数据整理。Xianbiao Wang：文稿审阅–编辑、概念框架构建。Chunwei Wang：文稿审阅–编辑、数据分析。其余作者参与资源提供与讨论。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究获国家自然科学基金（22475161, 52470093）、陕西省自然科学基金（2024JC-YBMS-290）、陕西省重点研发计划（2024GX-YBXM-317）、安徽省先进建筑材料国际研究中心（JZCL2408KF）及安徽省自然科学基金（2408085MB026）资助。