Advanced Sustainable Systems:多级金属氧化物基气体传感器的研究进展

传统意义上的多级金属氧化物是指由低维度的基本构筑单元形成的具有更高维度的金属氧化物微/纳米结构。多级结构的形成不仅可以有效增加金属氧化物的比表面积,为气体的吸附提供更多活性位点,更可以为气体传输提供整齐有序的孔道结构。同时,随着材料合成技术的不断发展,近十年来不断涌现出了大量的金属氧化物与其它1D、2D材料的复合物,这些复合物的形成拓宽了多级结构所能涵盖的范畴。无论是哪种意义上的多级结构,对改善和提高金属氧化物基气体传感器的敏感性能都具有十分重要的意义。

黑龙江大学霍丽华徐英明团队系统综述了具有多级结构的金属氧化物基气体传感器近十年来的研究进展。重点阐述了在多级结构的框架之下,异原子掺杂、异质结构引入、孔道结构优化以及金属氧化物对其它1D、2D材料的功能化等策略对气体传感器敏感性能的影响。

该综述主要选取甲醛、丙酮、硫化氢、胺类以及湿度作为分析物质进行重点阐述,其应用领域涵盖了室内空气质量检测、呼吸诊疗和食品质量与安全等方面。同时,根据每种分析物质自身的特点及其应用的环境差异,分别从操作温度、检测限、气体选择性、响应速度以及抗湿性等方面对近十年来的研究成果进行分析和总结,为构筑更具实际应用价值的气体传感器提供思路。此外,该综述还包含了对现有气体敏感机理以及X射线光电子能谱(XPS)、气相色谱(GC)和气相色谱-质谱(GC-MS)联动分析等技术手段在确定气体敏感机理方面的应用做了简要阐述。最后,对金属氧化物基气体传感器尚未完全解决的诸如选择性和抗湿性差、能耗高以及因缺乏柔韧性无法用于构筑可穿戴传感器等方面的问题做了总结,并有针对性的提出了一些可行性的解决方案。

于海霞,目前是黑龙江大学化学化工与材料学院的博士研究生,她的研究方向主要集中于金属氧化物基气敏材料的合成和性能研究。

霍丽华,黑龙江大学化学与材料学院教授, 1997年在中国福州大学获得物理化学博士学位。1997年至1999年,在中国科学院长春应用化学研究所担任博士后研究员;2001年至2003年,她在法国国家科研中心波尔多凝聚态材料化学研究所( Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux)担任博士后研究员。她的研究兴趣主要集中于多级金属氧化物纳米结构的设计合成及其在气体传感器领域的应用,同时也致力于这些纳米材料作为电化学生物传感器和锂离子电池催化剂的开发和应用。

徐英明,黑龙江大学化学与材料学院教授。2010年在中国科学院长春应用化学研究所获得博士学位。2010年至2015年,在黑龙江大学担任副教授。2015年起,担任教授。他的研究方向主要是半导体氧化物材料的合成及其在气体传感器领域的应用。

论文信息:

Recent development of Hierarchical Metal oxides Based Gas Sensors : from gas sensing performance to applications

HaiXia Yu, ChuanYu Guo, XianFa Zhang, YingMing Xu*, XiaoLi Cheng, Shan Gao, LiHua Huo*

Advanced Sustainable Systems

DOI: 10.1002/adsu.202100370

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202100370