基于Y掺杂CdS半导体材料的高灵敏度异丙醇传感器：快速响应与恢复机制

肖旭|谢洪申|陈星泰|郭玉军|曲佳怡|季长胜|王晓宁|达武德·达斯坦|尹希涛|马晓光

鲁东大学物理与光电工程学院，中国烟台264000

摘要

本研究首次报道了通过一步水热法合成掺钇硫化镉（Y-doped CdS）纳米材料，并制备了一种用于检测异丙醇的高性能气体传感器。在最佳工作温度162.5 ℃下，该传感器的响应度达到400至100 ppm的异丙醇浓度，大约是未掺杂CdS传感器的五倍。此外，该设备表现出超快的响应/恢复动力学（8 s/2 s）、优异的选择性和良好的长期稳定性。结构和成分分析表明，Y掺杂导致CdS晶格发生畸变，有效抑制了晶粒生长。电子顺磁共振（EPR）分析显示，Y³⁺掺杂显著增加了硫空位的浓度。这些结构变化与缺陷工程相结合，共同提升了气体传感性能，为高效异丙醇传感器的合理设计提供了一种新策略。

章节摘录

引言

随着工业化的不断进步和对健康与环境监测需求的增加，高性能和高选择性气体传感器的发展已成为化学传感领域的重要研究方向。异丙醇作为一种典型的挥发性有机化合物（VOC），广泛应用于制药、化妆品、农业和工业制造[1]、[2]、[3]。最新研究表明，异丙醇可能具有...

测试系统和所需试剂

所有化学品均为分析级试剂，直接使用无需进一步纯化，详见表1。气体传感性能测试使用的是北京艾力科技有限公司的CGS-8智能气体灵敏度分析系统。

Y掺杂CdS纳米块的制备

通过水热法制备Y掺杂CdS纳米块气体传感材料的实验步骤如下：如图1所示，使用0.01 mol四水合硝酸镉（Cd(NO₃)₂·4H₂O（3.08 g）和0.02 mol硫脲（SC(NH₂)₂...

形态与结构

使用X射线衍射（XRD）系统研究了纯CdS及不同Y掺杂摩尔比CdS样品的晶体结构。如图3(a)所示，所有样品的衍射峰与CdS六方纤锌矿相的标准衍射图谱（PDF#89-2944）完全吻合，属于P6₃mc空间群，未检测到其他杂质相。具体而言，衍射峰位于2θ = 24.812°、26.526°、28.192°...

结论

本研究通过一步水热法合成了掺钇硫化镉（Y-doped CdS）纳米材料，并基于该材料开发了一种高性能异丙醇气体传感器。实验结果表明，Y³⁺离子掺入CdS晶格后导致晶格畸变，从而抑制了晶粒生长，增加了材料的比表面积，并显著提高了硫空位的浓度。

CRediT作者贡献声明

陈星泰：验证、数据分析。谢洪申：方法研究。肖旭：初稿撰写、数据整理。季长胜：数据整理。曲佳怡：实验研究、数据整理。郭玉军：验证、实验研究、资金筹集。马晓光：资源提供、概念构思。尹希涛：指导、资源提供、资金筹集、概念构思。达武德·达斯坦：概念构思。王晓宁：软件开发、实验研究。

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号52074153）和山东省自然科学基金（编号ZR2020KF025）的支持。同时感谢鲁东大学引进人才研究启动基金（编号ZR2021019）的资助，以及山东省青年创新团队引进与培养计划和泰山学者专项基金（编号tsqn 202211186）的支持。