摘要：苯系物（BTEX）是苯及其衍生物的统称，包括甲苯、乙苯、二甲苯和其他剧毒芳香族挥发性有机化合物。二甲苯已被国际癌症研究机构（IARC）列为第 3 类致癌物质。当人在短期内接触高浓度二甲苯时，可能会出现中枢神经系统抑制、轻度头晕、恶心、胸闷和疲劳等症状，严重时会

关注易丝帮，获取最新静电纺丝科研成果！

易丝帮开放实验室现已启用，为您提供全方位的实验支持与技术服务，欢迎预约体验。

上海理工大学王丁教授&李慧珺副教授：双层级联 WO3 纳米纤维/Ag@CeO2 纳米片，用于ppb 级二甲苯检测

苯系物（BTEX）是苯及其衍生物的统称，包括甲苯、乙苯、二甲苯和其他剧毒芳香族挥发性有机化合物。二甲苯已被国际癌症研究机构（IARC）列为第 3 类致癌物质。当人在短期内接触高浓度二甲苯时，可能会出现中枢神经系统抑制、轻度头晕、恶心、胸闷和疲劳等症状，严重时会导致昏迷，甚至因呼吸和循环衰竭而死亡。因此，快速、高效、准确地检测ppb水平的二甲苯在健康、环保和医疗等领域具有重要意义。

近日，上海理工大学王丁教授和李慧珺副教授团队在期刊《Rare Metals》上，发表了最新研究成果“Bilayer cascade of WO3 nanofibers/Ag@CeO2 nanosheets for ppb-levels xylene detection under the catalysis-gas sensitivity synergistic mechanism”。研究者通过静电纺丝制备得到的WO3纳米纤维作为底部气敏层。考察了反应温度、反应时间、Ag掺杂量和乙酸含量对Ag@Ce-BDC形貌演变的影响，以探索其生长和形貌调控机制。构建的WO3/Ag@CeO2 双层传感器具有优异的气敏性能，在工作温度为 160℃ 时，对 10 ppm 二甲苯气体的响应值为 32.13。此外，该传感器对二甲苯的检测限低至 1 ppb，突出了其在检测痕量二甲苯气体方面的巨大潜力。

图1：Ag@Ce-BDC 和 Ag@CeO2 纳米片的合成过程示意图及形貌分析。

利用SEM研究了Ag离子加入量对形貌的影响。从图中可以看出，随着Ag掺杂量的增加，Ce-BDC从最初的纳米板形态转变为纳米片组装的纳米花形态（1.5%）。然后，当银掺杂过多（7%）时，纳米花逐渐瓦解。煅烧后，Ag@CeO2纳米材料保持了原来的形态。

图2：WO3 NFs、WO3/CeO2 和 WO3/Ag@CeO2 气体传感器的气敏性能。

图2A确认了WO3/1.5%Ag@CeO2 传感器在 160℃时对 5 ppm 二甲苯的灵敏度最高，达到 32.13。该传感器具有良好的循环稳定性，较快的响应恢复时间（80/17.7 s）和较低的检测限（1ppb）。此外，WO3 NF 传感器对丙酮和苯的反应相当，而双层 WO3/CeO2 和 WO3/(0.5%-3%)Ag@CeO2 传感器对 BTEX 具有明显的选择性。

图3：WO3/Ag@CeO2 双层气体传感器的气体传感机理分析。

双层气体传感器的气敏特性归功于催化和气敏之间的协同效应，这种协同效应是通过将气敏层（底部）与催化覆盖层（顶部）分开实现的（图 3A）。为了验证催化诱导传感机制，采用了在线质谱分析方法。分析结果表明，二甲苯分子在 160℃下可被 Ag@CeO2 催化裂解成两种自由基，即甲苯自由基（m/z = 92）和甲基自由基（m/z = 15）。众所周知，带苯环的 BTEX 具有稳定性，而其他干扰气体的反应性更强。有趣的是，非芳香族干扰气体在通过 CeO2 覆盖层时会被完全氧化为非活性物质（CO2 和 H2O），而低活性的 BTEX 气体在通过 CeO2 覆盖层时不会被完全氧化，这就导致了双层传感器的高选择性。为了验证假设的机理，我们对 1.5%Ag@CeO2 纳米材料的二甲苯催化性能进行了实验，如图 3D 所示，在 160℃ 时，二甲苯的转化率和 CO2 的生成量都处于较低水平，这表明稳定性较高的二甲苯在此工作温度下并没有被完全氧化。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12598-025-03286-y

人物简介：

王丁，上海理工大学教授、博导，主要从事纳米催化材料设计及功能半导体气敏材料等研究。担任Rare Metals及Chin Chem Lett期刊青年编委，兼任中国材料研究学会青年工作委员会第十届理事会理事、上海有色金属学会半导体分会理事。主持国家自然科学基金项目及上海市自然科学基金多项。以第一及通讯作者在Progress in Materials Science, Angewandte Chemie-international Edition, Advanced Functional Materials, Analytical Chemistry, Nano Letters, Sensors and Actuators B: Chemical, ACS Sensors等期刊发表二区以上SCI论文80多篇，他引4000余次，H指数36，授权中国发明专利13项。

李慧珺，上海理工大学大学材料与化学学院副教授，硕士研究生导师。海市晨光学者，上海理工大学“思学学者”。2016年于复旦大学化学系获得博士学位，长期从事新型炭材料、金属氧化物半导体材料等制备与性能研究，关注光电、传感、生物医疗等领域的新应用开发。近年来，主持国家自然科学青年基金1项，上海市科委面上项目1项，上理工医工交叉项目1项，并作为主要研究人员参与4项上海市基金、国际合作项目等；在Small，Chemical Engineering Journal等刊物发表一作/通讯SCI论文共12篇，合作SCI论文30多篇，他引百余次，申请发明专利10余项。担任《Rare Metals》编委。

感谢阅读！如果您对静电纺丝技术感兴趣，或者有相关实验需求，欢迎随时联系易丝帮静电纺丝开放实验室。

我们的实验室不仅提供先进的设备和技术支持，还能帮助您解决从实验设计到产业化过程中遇到的各种难题。

来源：每日科学知识