二氧化氮是一种有害气体，严重危害人体健康和生态环境。而In₂O₃是一种典型的n型金属氧化物半导体，具有约3.55-3.75 eV的宽带隙。由于其出色的电学特性，特别是在检测氧化性气体方面，In₂O₃是一个很有前途的气体传感材料。rGO作为一种含有残余官能团和高缺陷状态的石墨烯衍生物，具有吸附气体的潜力。rGO具有良好的导电性、大的比表面积和丰富的吸附位点，用rGO修饰金属氧化物是提高NO₂复合材料能力的一种有前途的方法。尽管活性位点被认为是在rGO和金属氧化物之间的异质界面上，但很少有研究证明这一点。此外，如果不经过特殊处理，还原氧化石墨烯很难对金属氧化物的所有形态进行有效修饰。因此，可以进一步研究In₂O₃与还原氧化石墨烯复合的高效界面工程，以追求更好的性能并探索其内在机理。

近日，我课题组在通过合理的界面设计创造氧空位从而提高气体传感性能方面取得新进展。在这篇文章中，通过面面接触，构建了由多孔In₂O₃纳米片与还原氧化石墨烯（rGO）组成的大面积异质界面。为了探索rGO和In₂O₃之间的界面作用，将In₂O₃纳米棒用作对比材料。接着对复合材料的形态、表面积、化学表面状态、吸附热、活化能等进行了全面的研究。结果表明，0.5% rGO/h-In₂O₃-sheet和0.5% rGO/hc-In₂O₃-rod分别比相应的纯In₂O₃材料的响应增强3.88倍和1.66倍。具有大面积异质界面的0.5% rGO/h-In₂O₃-sheet实现了卓越的传感性能。同时，由于具有低活化能，复合材料的响应和恢复时间也大大缩短。此外，0.5% rGO/h-In₂O₃-sheet传感器对1ppm NO₂表现出了1397的超高响应，且在62.5℃时检测限低至5 ppb。它还具有良好的选择性、重复性和长期稳定性。In₂O₃纳米片上的rGO修饰可以极大地调控氧空位、带隙和费米能级，提高了气体和载流子的交换和传输效率，从而最终提高了传感性能。

图1. 浓度梯度响应-恢复曲线（a）h-In₂O₃-sheet；（b）0.5% rGO/h-In₂O₃-sheet；（c）四种传感器在不同浓度梯度下的反应；h-In₂O₃-sheet和0.5% rGO/h-In₂O₃-sheet（d）Ea和（e）Q与浓度的对数值。

相关研究结果以“Variable dimensional structure and interface design of In₂O₃/rGO nanocomposites with oxygen vacancy for enhancing NO₂ sensing performance”为题发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊上。该论文的第一作者为博士研究生韩佳音，通讯作者为卢革宇教授和高原教授。

原文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2022.132596