形貌调控的多面体Zn2SnO4微晶增强正丁醇传感性能研究

本文推荐通过碱辅助水热法合成不同形貌的Zn2SnO4（ZTO）微晶，发现多面体结构因具有更大比表面积和表面活性氧含量，在正丁醇检测中展现出优异灵敏度（32.5响应值）和快速响应/恢复特性（250°C）。结合DFT模拟揭示了晶面吸附机制，为工业环境监测提供了新型传感材料设计范式。

　　

Highlight

形貌工程化的三元金属氧化物因其在精准气体检测中的潜力备受关注。本研究通过简易碱辅助水热路径合成不同Zn₂SnO₄纳米结构，其中多面体微晶展现出比立方体和片状结构更优异的比表面积与表面活性氧含量。基于该结构的传感器对正丁醇表现出卓越灵敏度，兼具快速响应/恢复（<5秒）、良好重复性和长期稳定性。

Materials

实验采用五水合氯化锡（SnCl₄·5H₂O，99%）和二水合醋酸锌（C₄H₁₀O₆Zn）作为前驱体，通过调控氢氧化锂（LiOH）浓度实现形貌可控生长。所有试剂均来自Sigma-Aldrich等标准供应商。

Morphology and structural properties

SEM分析显示：6.5 mmol LiOH条件下生成200 nm均匀立方体（图3a-b），8.5 mmol时转变为14面体多面形貌（图3c-d），更高浓度则形成六方片状结构。XRD证实所有样品均为纯相立方晶系Zn₂SnO₄（JCPDS No.24-1470）。

Conclusions

通过调控反应体系碱浓度，成功制备出纳米立方体、多面体和六方片状Zn₂SnO₄。多面体传感器在250°C对正丁醇展现出最佳响应值（是立方体的2.3倍），DFT计算证实其暴露晶面具有更强的分子吸附能力和电荷转移效率，为传感性能优化提供了结构设计依据。