發布日期：2022-07-14 點擊率：52
為減緩NO2大氣的污染危害，中國科學院新疆理化技術研究所環境科學與技術研究室竇新存團隊開發可快速、靈敏地檢測ppb級NO2的氣體傳感器，并取得一定的成效。
隨著工業的快速發展，空氣污染問題日趨嚴重。NO2作為最主要的大氣污染物之一，其在極低濃度下(ppb級)就能對人體產生較大的危害。因此，開發可快速、靈敏地檢測ppb級NO2的氣體傳感器具有現實意義。以金屬氧化物為敏感材料的NO2氣敏元件具有制作工藝簡單、成本低廉等優點。然而，靈敏度低的問題直接限制了金屬氧化物在實際檢測ppb級NO2中的應用。近年來，一系列理論及實驗結果表明：金屬氧化物半導體材料的表面缺陷能夠提高其對NO2分子的吸附能力，同時也能夠高效地促進電子從半導體的導帶轉移至NO2分子，從而有效地提高其檢測靈敏度。因此，通過對材料表面缺陷的調控實現對NO2的超靈敏檢測具有重要研究價值。
目前，已被廣泛研究的表面缺陷類型為單電子氧空位缺陷(VO?)，然而另一種坐落于SnO2表面的缺陷——超氧復合自由基(Sn4+-O2-?)卻未被引起足夠的重視。與VO?缺陷中心相比，電子在Sn4+-O2-?上理論上更容易與NO2分子發生作用從而增強靈敏度，原因在于電子坐落于吸附的O2分子上，遠離SnO2晶格對其的束縛。然而，這種具有特殊結構的缺陷與材料靈敏度的關系還未被研究過。
2015年，中國科學院新疆理化技術研究所環境科學與技術研究室竇新存團隊為了在材料表面引入這種缺陷，設計并構建了熱力學不穩定的制備條件，科研人員以極不穩定的SnCl4作為原料，利用冰浴控制反應溫度以阻止其激烈的水解反應，再利用高溫高壓的水熱環境瞬間打破前驅體溶液的亞穩態從而獲得缺陷。基于該方法能夠成功地將Sn4+-O2-?引入材料表面，利用這種材料制備的傳感器對ppb濃度量級的NO2具有超靈敏的傳感特性(對200ppb的NO2響應高達35350倍)。與近年來相關文獻報道相比，該材料是目前世界上最靈敏的NO2傳感材料。
此外，科研人員通過實驗首次證明了材料表面Sn4+-O2-?數量的微小改變就能引起材料敏感性能的巨大變化。基于這種材料的傳感器具有長期穩定性，良好的重復性、選擇性，以及在紫外光下迅速恢復等一系列優異的傳感特性，可為傳感器的工業化生產提供有力的保障。
相關研究成果以Communication形式發表在Small上，并被“MaterialsViews中國”作為亮點報道。該工作得到國家自然科學基金、中科院“百人計劃”、西部之光、新疆維吾爾自治區杰青等項目的資助。
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