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第一作者：：陈世权

通讯作者：：黄爱萍、刘贤哲、罗坚义

配景介绍及内容概述

丙酮作为糖尿病无创诊断的要害挥发性有机化合物生物标记物，，实现其痕量高迅速检测对疾病早期筛查至关主要。。目今丙酮气体传感器普遍面临检测限过高、迅速度缺乏等手艺瓶颈，，制约了其临床应用转化。。异质结构建依附界面能带调控、电子耗尽层形成等协同效应，，已成为提升气体传感性能的有用战略。。但古板异质结质料常因界面晶格失配，，异质结界面低等问题，，导致异质结密度低、载流子传输效率差，，难以实现高质量大界面面积异质结的精准修建，，极大限制了其对亚ppm级丙酮的检测能力。。

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、刘贤哲博士团队提出一种基于尖晶石铁氧体无限固溶及晶格匹配特征构建本体异质结（Bulk Heterojunction, BHJ）复合质料的立异战略。。使用反尖晶石结构CoFe₂O₄与正尖晶石结构ZnFe₂O₄的低晶格失配及无限固溶体特征，，通过一步溶剂热法合成了系列Co_1-xZn_xFe₂O₄本体异质结复合质料，，借助调控Co/Zn摩尔比实现异质结协同效应的优化。。其中，，性能最优的Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄传感器展现出卓越的丙酮传感性能，，在200℃事情温度下，，对1 ppm丙酮的响应值高达4.36，，对0.2 ppm低浓度丙酮仍能实现2.24的有用响应，，检测限低至亚ppm级别；；；同时具备快速的响应恢复特征、优异的抗湿度滋扰能力及恒久稳固性。。在模拟呼气实验中，，该传感器可清晰区分康健人呼气与模拟糖尿病患者呼气样本，，对糖尿病患者模拟呼气的响应值约为康健人样本的两倍，，充分验证了其临床应用潜力。。该研究为构建高性能丙酮传感器提供了新的质料设计思绪，，也为呼气剖析无创诊断糖尿病涤讪了主要手艺基础。。

本事情以“Tailored Co_1-xZn_xFe₂O₄ spinel bulk heterojunction composites for acetone detection toward diabetes diagnosis”为题，，揭晓在ACS Sensors上。。

论文详细内容：：

图1（a）Co_1-xZn_xFe₂O₄复合质料的设计示意图；；；（b）用于丙酮检测的Co_1-xZn_xFe₂O₄复合质料合成的工艺流程图

图2 Co_1-xZn_xFe₂O₄复合质料经Rietveld精修的XRD图谱：：（a）CoFe₂O₄，，（b）Co_0.7Zn_0.3Fe₂O₄，，（c）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄，，（d）Co_0.3Zn_0.7Fe₂O₄，，（e）ZnFe₂O₄；；；（f）Co_1-xZn_xFe₂O₄样品的局部峰位较量

图3 Co_1-xZn_xFe₂O₄复合质料的SEM图像：：（a）CoFe₂O₄，，（b）Co_0.7Zn_0.3Fe₂O₄，，（c）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄，，（d）Co_0.3Zn_0.7Fe₂O₄，，（e）ZnFe₂O₄；；；（f）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合质料的EDS映射图像；；；（g-h）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合质料的TEM图像，，（i）HRTEM图像

图4 Co_1-xZn_xFe₂O₄样品的氮吸附-脱附等温线：：（a）CoFe₂O₄，，（b）Co_0.7Zn_0.3Fe₂O₄，，（c）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄，，（d）Co_0.3Zn_0.7Fe₂O₄，，（e）ZnFe₂O₄；；；（f）对应的BJH孔径漫衍曲线

图5（a）Co_1-xZn_xFe₂O₄样品的XPS光谱；；；（b）Zn 2p和Co 2p的高分辨率光谱；；；（c）样品的Fe 2p光谱；；；Co_1-xZn_xFe₂O₄样品的O 1s XPS光谱：：（d）CoFe₂O₄、（e）Co_0.7Zn_0.3Fe₂O₄、（f）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄、（g）Co_0.3Zn_0.7Fe₂O₄和（h）ZnFe₂O₄；；；（i）Co_1-xZn_xFe₂O₄样品中O_C、O_V和O_L组分的相比照例

图6（a）Co_1-xZn_xFe₂O₄传感器在差别事情温度下对1.0 ppm丙酮的响应特征；；；（b）在各自最佳事情温度下，，Co_1-xZn_xFe₂O₄传感器对0.2-1.0 ppm丙酮的瞬态响应转变曲线；；；（c）在各自的最佳事情温度和相对湿度为6.6%的情形下，，Co_1-xZn_xFe₂O₄传感器的响应与种种丙酮浓度之间的线性拟合关系；；；（d）在各自的最佳事情温度下，，Co_1-xZn_xFe₂O₄复合质料对1.0 ppm丙酮气体的响应和恢复时间 

图7 Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合质料在200℃和6.6%相对湿度下对1.0 ppm丙酮的气体传感特征：：（a）重复性、（b）选择性、（c）差别湿度下的丙酮的响应及（d）差别相对湿度下的归一化响应；；；（e）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄传感器对1.0 ppm的21天稳固性测试；；；（f）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄传感器与近年其他基于尖晶石铁氧体的气体传感器在亚ppm水平下对丙酮的响应的较量；；；（g）Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄传感器对康健呼出气体与模拟糖尿病人呼出气体响应示意图

图8 Co_1-xZn_xFe₂O₄复合质料丙酮气敏传感机理示意图

总结与展望

综上所述，，本研究通过一步溶剂热法乐成合成了具有差别Co/Zn摩尔比的Co_1-xZn_xFe₂O₄ BHJ复合质料。。该复合质料由反尖晶石结构的CoFe₂O₄与正尖晶石结构的ZnFe₂O₄耦合组成，，具有大面积异质结界面。。气体传感性能研究批注，，基于Co_1-xZn_xFe₂O₄的传感器在亚ppm浓度下展现出优异的丙酮检测能力，，包括高响应值和低检测限（0.2 ppm）。。其中Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄传感器对1 ppm丙酮呈现最高响应值（4.36）及卓越的恒久稳固性。。别的，，通太过析模拟人体呼出气体样本，，验证了Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄传感器的现实应用价值，，乐成实现了康健人群与糖尿病患者的区分。。这些发明证实Co_1-xZn_xFe₂O₄基传感器在无创糖尿病筛查及临床诊断领域具有重大应用潜力。。

作者及团队介绍

第一作者：：陈世权，，男，，壹号娱乐APP应用物理与质料学院2023级质料科学与工程专业本科生。。

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

Tailored Co_1-xZn_xFe₂O₄ spinel bulk heterojunction composites for acetone detection toward diabetes diagnosis

DOI：：10.1021/acssensors.5c02635