第一作者：廖祥健
通讯作者：黄爱萍、、刘贤哲、、罗坚义
配景介绍及内容概述
为了通过呼气剖析实现无创糖尿病诊断，，构建一种具有高迅速度、、高选择性和低检测限的金属氧化物丙酮气体传感用具有主要意义。使用异质结质料界面处的能带弯曲和势垒转变可以显著增强质料对目的气体的吸赞许反映能力，，从而提高传感器的性能。然而，，由于界线上保存晶格失配以及相关质料的热膨胀系数差别致使很容易在高温下爆发错位，，异质结的构建面临着重大的挑战。
克日，，壹号娱乐APP柔性传感质料与器件研究开发中心罗坚义教授、、黄爱萍教授、、刘贤哲博士团队报道了一种使用晶格匹配的金属氧化物（反尖晶石结构的NiFe2O4和正尖晶石结构的ZnFe2O4）构建异质结复合质料的可行战略，，以增强对丙酮的反映活性。通过在NiFe2O4的A位引入Zn2+并调解Ni/Zn摩尔比，，乐成地实现了异质结的协同效应，，从而提高了丙酮的检测能力。值得注重的是，，传感性能最佳的Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感用具有显著的丙酮传感性能，，对1 ppm丙酮响应高达13.77，，响应时间短至17 s，，检测限低至20 ppb（理论检测下限低至171 ppt），，抗湿度能力强，，且具有优异的选择性和恒久稳固性。在呼气模拟实验中，，Ni0.6Zn0.4Fe2O4传传感器能够区分康健人和模拟糖尿病患者呼气中的丙酮含量，，从而批注其具有辅助诊断糖尿病的潜力。研究效果批注，，正/反尖晶石铁氧体衍生的异质结复合质料为呼气剖析有用检测丙酮以诊断糖尿病提供一种新战略。
本事情以“Ni1-xZnxFe2O4 heterojunction composites derived from normal/inverse spinel structure for ppb-level acetone detection”为题，，揭晓在Sensors and Actuators: B. Chemical 上。
论文详细事情内容
图1 （a）MFe2O4（M=Ni和Zn）尖晶石结构示意图；；；（b）用于检测ppb级丙酮的Ni1-xZnxFe2O4异质结复合质料的合成示意图
图2 （a）Ni1-xZnxFe2O4样品的XRD图谱；；；（b）311晶面衍射角的局部放大图谱；；；（c）Ni1-xZnxFe2O4样品的拉曼光谱
图3 Ni1-xZnxFe2O4样品的扫描电子显微镜图像（SEM）:（a）NiFe2O4，，（b）Ni0.8Zn0.2Fe2O4，，（c）Ni0.6Zn0.4Fe2O4，，（d）Ni0.4Zn0.6Fe2O4，，（e）Ni0.2Zn0.8Fe2O4和（f）ZnFe2O4;（g-k）Ni0.6Zn0.4Fe2O4样品的EDS元素图谱；；；（l）Ni0.6Zn0.4Fe2O4样品的TEM和HRTEM图像
图4 （a）NiFe2O4，，（b）Ni0.8Zn0.2Fe2O4，，（c）Ni0.6Zn0.4Fe2O4，，（d）Ni0.4Zn0.6Fe2O4，，（e）Ni0.2Zn0.8Fe2O4和（f）ZnFe2O4的N2吸附-解吸等温线和孔径漫衍
图5 Ni1-xZnxFe2O4样品的（a-f）Fe 2p和（g-l）O 1s光谱；；；（m）Ni1-xZnxFe2O4样品中OL、、OV和OC因素的相比照例；；；（n）Ni1-xZnxFe2O4样品中Fe3+和Fe2+的百分比含量
图6 （a）Ni1-xZnxFe2O4传感器在空气中电阻与温度的关系；；；（b）Ni1-xZnxFe2O4传感器的电阻对数与温度的关系；；；（c）Ni1-xZnxFe2O4传感器对1 ppm丙酮的最佳事情温度；；；Ni1-xZnxFe2O4传感器在最佳事情温度下对1 ppm丙酮的传感特征，，包括（d）响应值随气体浓度的转变；；；（e）响应与丙酮浓度之间的拟合关系；；；（f）响应和恢复时间
图7 （a）Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感器对差别浓度丙酮的电阻曲线和响应瞬态曲线；；；（b）初始相对电阻转变为基线的五阶多项式拟合曲线；；；（c）Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感器对差别丙酮的平均响应；；；（d）来自（c）的线性拟合曲线
图8 Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感器在最佳事情温度下对丙酮气体传感特征：（a）重复性，，（b）可逆性，，（c）抗湿度，，（d）选择性和（e）恒久稳固性；；；（f）本事情与近几年尖晶石铁氧体气体传感器对差别丙酮浓度的响应较量
图9 Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感器对（a-c）康健人和（d-f）模拟糖尿病人的呼气测试示意图
图10 Ni1-xZnxFe2O4异质结复合质料的丙酮传感机制示意图
总结与展望
综上所述，，接纳一步水热法高效地合成了差别Ni/Zn摩尔比的Ni1-xZnxFe2O4异质结复合质料。之后对合成的Ni1-xZnxFe2O4异质结复合质料的物相结构、、微观形貌、、化学因素和传感性能举行了综合评价。在Ni1-xZnxFe2O4复合质料中，，乐成视察到了由正尖晶石ZnFe2O4和反晶石NiFe2O4组成的n-n异质结的形成�；；；�Ni1-xZnxFe2O4异质结复合质料的传感器对ppb级的丙酮具有显著的气敏特征，，其中，，Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感用具有最佳的丙酮传感性能，，在0.1-1 ppm的丙酮浓度规模内具有优异的线性度，，低检测限、、快速响应时间、、优异的抗湿度、、优异的选择性和恒久的稳固性。优异的传感特征归因于：（i）富厚的n-n异质结的形成，，（ii）较大的比外貌积和合适的孔径漫衍，，（iii）Zn2+的引入爆发更多的晶体缺陷（氧空位），，以及（iv）化学吸附氧的增强。别的，，Ni0.6Zn0.4Fe2O4传感器被用于剖析真实呼出的气体，，区分康健个体和糖尿病患者。这些效果批注，，基于Ni1-xZnxFe2O4异质结复合质料的传感器在糖尿病的诊断中具有相当大的应用潜力。
作者及团队介绍
第一作者：廖祥健，，男，，壹号娱乐APP应用物理与质料学院2022级质料与化工硕士研究生。
通讯作者：黄爱萍，，女，，工学博士，，教授级高级工程师、、壹号娱乐APP教授，，硕士生导师，，中国电源学会磁手艺专业委员会委员、、中国电源学会会员、、中国电子学会会员、、江门市一级高条理人才，，《磁性子料及器件》青年编委。恒久从事高性能软磁铁氧体质料研发及制造手艺研究，，科技效果“兼具双重特征高性能锰锌铁氧体质料”属于国际首创，，开创了海内锰锌铁氧体新质料研究局部引领天下的先河，，并实现了低本钱工业化。主要研究偏向：铁氧体、、金属软磁及其复合质料的设计研发与制备手艺；；；种种传感质料（力学、、气体、、磁场等）的设计与应用研究。
通讯作者：刘贤哲，，男，，工学博士，，讲师，，硕士生导师，，主持广东省基础与应用基础研究基金项目（青年基金项目和面上项目）2项和广东省通俗高校特色立异项目1项；；；主要研究偏向为：柔性传感质料和器件及其应用研究、、新型光电质料与器件、、喷墨印刷柔性电子器件。
通讯作者：罗坚义，，男，，工学博士，，教授，，博士生导师，，现任壹号娱乐APP应用物理与质料学院院长，，壹号娱乐APP柔性传感质料与器件研究开发中心主任（首创人），，国务院政府特殊津贴专家（2023），，广东省优异青年基金获得者，，国家重点研发妄想智能传感重点专项会评专家，，南粤优异西席，，江门市首届“侨乡青年模范”，，江门市优异科技事情者，，江门市“十佳西席”。主要研究领域包括：柔性传感质料与器件应用（柔性触觉传感、、温度传感、、气体传感和光电传感等）；；；纳米功效质料合成；；；智能调光变色质料与器件。
附文献及DOI号
Ni1-xZnxFe2O4 heterojunction composites derived from normal/inverse spinel structure for ppb-level acetone detection
DOI:https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.137733
