journal article·2026-04Open access

Interfacial Engineering in Rare‐Earth Oxide/ZnO Heterojunctions for High‐Performance Trimethylamine Sensing and Fish Freshness Monitoring

Junxi Cheng, Chang Liu, Miaomiao Liu, Qihua Sun, Jun Sun, Zhaofeng Wu

Advanced Science· Volume 13· Issue 19

Abstract

ABSTRACT Developing high‐performance gas sensors for room‐temperature (RT) operation remains a significant challenge in the field of gas detection. This study addresses this issue by designing and synthesizing a series of rare‐earth (RE) oxide modified ZnO heterojunctions (RE 2 O 3 /ZnO, RE = Nd, Y, Yb) via a co‐precipitation method. Systematic characterization combined with density functional theory (DFT) calculations reveals that the Yb 2 O 3 /ZnO heterostructure exhibits optimal morphology, abundant oxygen vacancies, and favorable band alignment. The resultant sensor demonstrates exceptional performance for trimethylamine (TMA) detection at RT, featuring a high response (6.84k% to 500 ppm), ultra‐fast response/recovery kinetics (8/14 s), excellent selectivity, and a low theoretical detection limit (0.926 ppm). The enhanced sensing mechanism is attributed to the strong Lewis acidity and high polarizability of Yb 3+ , which optimizes charge transfer and promotes TMA adsorption. Furthermore, the practical utility of the Yb 2 O 3 /ZnO sensor is successfully demonstrated through real‐time monitoring of fish spoilage, showing a strong linear correlation with storage time. This work not only presents a superior RT gas sensor but also provides deep insights into the role of RE cations in modulating heterojunction properties, offering a valuable strategy for designing advanced sensing materials.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Gas Sensing Nanomaterials and Sensors · ZnO doping and properties · Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

School of Materials Science and Engineering Xinjiang University Urumqi Xinjiang China

Xinjiang Engineering Research Center for Environmental Functional Materials Xinjiang University Urumqi Xinjiang China

School of Physics Science and Technology Xinjiang University Urumqi Xinjiang China

References (75)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.matchemphys.2023.12797210.1016/j.matchemphys.2023.127972 ↗
2. 10.1016/j.snb.2018.06.06210.1016/j.snb.2018.06.062 ↗
3. 10.1016/j.talanta.2018.07.05110.1016/j.talanta.2018.07.051 ↗
4. 10.3390/s2215562410.3390/s22155624 ↗
5. 10.1016/j.jallcom.2020.15646110.1016/j.jallcom.2020.156461 ↗
6. 10.1016/j.apsusc.2018.08.22810.1016/j.apsusc.2018.08.228 ↗
7. 10.1039/D3TA04953A10.1039/D3TA04953A ↗
8. 10.1016/j.snb.2014.10.08510.1016/j.snb.2014.10.085 ↗
9. 10.1016/j.cej.2025.16060710.1016/j.cej.2025.160607 ↗
10. 10.1016/j.snb.2023.13387710.1016/j.snb.2023.133877 ↗
11. 10.1016/j.jallcom.2022.16380610.1016/j.jallcom.2022.163806 ↗
12. 10.1002/aenm.20230356310.1002/aenm.202303563 ↗
13. 10.1038/s41467‐022‐31561‐410.1038/s41467‐022‐31561‐4 ↗
14. 10.1038/s41467‐024‐49981‐910.1038/s41467‐024‐49981‐9 ↗
15. 10.1016/j.snb.2023.13362510.1016/j.snb.2023.133625 ↗
16. 10.1016/j.cej.2025.16269010.1016/j.cej.2025.162690 ↗
17. 10.1016/j.jwpe.2017.04.01410.1016/j.jwpe.2017.04.014 ↗
18. 10.1016/j.physb.2023.41468010.1016/j.physb.2023.414680 ↗
19. 10.1016/j.cej.2025.16137310.1016/j.cej.2025.161373 ↗
20. 10.1016/j.talanta.2012.02.03010.1016/j.talanta.2012.02.030 ↗
21. 10.1016/j.snb.2011.06.05610.1016/j.snb.2011.06.056 ↗
22. 10.1016/j.snb.2016.03.00110.1016/j.snb.2016.03.001 ↗
23. 10.1016/j.matlet.2017.02.11410.1016/j.matlet.2017.02.114 ↗
24. 10.1021/acs.cgd.4c0061910.1021/acs.cgd.4c00619 ↗
25. 10.1134/S003602362105011910.1134/S0036023621050119 ↗
26. 10.1016/j.snb.2021.12999010.1016/j.snb.2021.129990 ↗
27. 10.1016/j.cej.2024.15886110.1016/j.cej.2024.158861 ↗
28. 10.1016/j.talanta.2025.12775710.1016/j.talanta.2025.127757 ↗
29. 10.1016/j.jhazmat.2024.13628910.1016/j.jhazmat.2024.136289 ↗
30. 10.1016/j.jmrt.2020.07.00610.1016/j.jmrt.2020.07.006 ↗
31. 10.1039/C9NJ02778E10.1039/C9NJ02778E ↗
32. 10.1007/s10562‐017‐2168‐410.1007/s10562‐017‐2168‐4 ↗
33. 10.1007/s10854‐021‐05588‐010.1007/s10854‐021‐05588‐0 ↗
34. 10.1016/j.ceramint.2021.01.20610.1016/j.ceramint.2021.01.206 ↗
35. 10.1016/j.sna.2020.11202610.1016/j.sna.2020.112026 ↗
36. 10.1021/acsaelm.4c0036910.1021/acsaelm.4c00369 ↗
37. 10.1016/j.apsusc.2025.16285610.1016/j.apsusc.2025.162856 ↗
38. 10.1002/adma.20230442010.1002/adma.202304420 ↗
39. 10.1016/j.snb.2008.05.01510.1016/j.snb.2008.05.015 ↗
40. 10.1039/D2TA07048K10.1039/D2TA07048K ↗
41. 10.1016/j.snb.2021.13134710.1016/j.snb.2021.131347 ↗
42. 10.1016/j.snb.2022.13166210.1016/j.snb.2022.131662 ↗
43. 10.1021/acssensors.1c0031510.1021/acssensors.1c00315 ↗
44. 10.1002/slct.20180374410.1002/slct.201803744 ↗
45. 10.1039/C5RA14793J10.1039/C5RA14793J ↗
46. 10.1111/1541‐4337.1309510.1111/1541‐4337.13095 ↗
47. 10.1021/jp061287a10.1021/jp061287a ↗
48. 10.1063/1.44399610.1063/1.443996 ↗
49. 10.1021/bi001040i10.1021/bi001040i ↗
50. 10.1139/v61‐15410.1139/v61‐154 ↗
51. 10.1016/j.jms.2015.12.00610.1016/j.jms.2015.12.006 ↗
52. 10.1002/smll.20200807910.1002/smll.202008079 ↗
53. 10.1016/j.ceramint.2025.03.41410.1016/j.ceramint.2025.03.414 ↗
54. 10.3390/s1915340510.3390/s19153405 ↗
55. 10.1016/j.jcis.2024.02.14510.1016/j.jcis.2024.02.145 ↗
56. 10.1016/0924‐2031(92)87018‐B10.1016/0924‐2031(92)87018‐B ↗
57. 10.1016/j.cej.2024.15133110.1016/j.cej.2024.151331 ↗
58. 10.1016/j.apsusc.2022.15325410.1016/j.apsusc.2022.153254 ↗
59. 10.1088/0957‐4484/22/22/22550210.1088/0957‐4484/22/22/225502 ↗
60. 10.1016/j.snb.2024.13662210.1016/j.snb.2024.136622 ↗
61. 10.1002/smll.20230703710.1002/smll.202307037 ↗
62. 10.1016/j.jcis.2023.06.09210.1016/j.jcis.2023.06.092 ↗
63. 10.1016/j.cej.2025.16708610.1016/j.cej.2025.167086 ↗
64. 10.6028/NBS.NSRDS.3110.6028/NBS.NSRDS.31 ↗
65. 10.1016/j.apsusc.2025.16436510.1016/j.apsusc.2025.164365 ↗
66. 10.1016/S1359‐6454(01)00033‐710.1016/S1359‐6454(01)00033‐7 ↗
67. 10.1016/0022‐4596(91)90388‐X10.1016/0022‐4596(91)90388‐X ↗
68. 10.1021/jp804916g10.1021/jp804916g ↗
69. 10.1021/cr60311a00210.1021/cr60311a002 ↗
70. 10.1021/ja209311g10.1021/ja209311g ↗
71. 10.1021/cr068108610.1021/cr0681086 ↗
72. 10.1016/j.jhazmat.2021.12688010.1016/j.jhazmat.2021.126880 ↗
73. 10.1016/j.sna.2022.11411910.1016/j.sna.2022.114119 ↗
74. 10.1088/1361‐6463/ad1b3010.1088/1361‐6463/ad1b30 ↗
75. 10.1016/j.jhazmat.2024.13367210.1016/j.jhazmat.2024.133672 ↗