近期，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所激光中心研究员方晓东、孟钢团队在p型铜铁矿气体传感器方面取得新进展。相关成果以《基于CuAlO2表面可逆硫化-氧化反应的超高灵敏、高选择性H2S气体传感器》为题，发表于国际期刊Sensors and Actuators B: Chemical上。
在160℃下CuAlO2传感器对10 ppm H2S的(a)选择性和(b)可重复性，图自安徽光机所
开发基于氧化物半导体的超微型气体传感器，实现室内外大气污染物分子的快速识别检测具有重要的应用前景。传统的氧化物半导体因具有广谱响应而难以走向实用。安徽光机所团队主要从传感材料(表面)设计与气体分子特征提取两方面入手，致力于具有识别检测功能氧化物传感器的开发。
p型铜铁矿(ABO2)是一类重要的功能氧化物，丰富的A、B位离子选择为调控气体分子与其电荷交换提供了充足的自由度，有利于高选择性气体传感器的设计。此前，该课题组副研究员邓赞红已经在p型铜铁矿气体传感器上进行了大量研究工作，开发了可在室温工作、对氨气有高灵敏、高选择响应的AgAlO2和CuScO2传感器，相关成果已发表在Journal of Alloys and Compounds 和Inoganic Chemistry 杂志上。在此基础上，课题组博士童彬采用简单的溶胶-凝胶制备工艺探索出一种新型CuAlO2硫化氢(H2S)气体传感器。
H2S是一种急性剧毒气体，吸入少量高浓度(~500ppm)H2S可于短时间内中毒身亡，长时间暴露低浓度(~5-20ppm)H2S对眼、呼吸系统及中枢神经都有损伤。我国国家职业卫生标准(GBZ 2.1-2007)规定工作场所H2S职业接触限值(OELs)为10ppm。
据了解，该课题组开发的CuAlO2型传感器在160°C的工作温度下，对10ppm H2S的电学响应达到4600，对100ppm NH3、NO2和多种挥发性有机物分子的响应小于2，表明优异的选择性。此外，CuAlO2传感器还具有快速响应特性，一旦环境中H2S的浓度高于4ppm，传感器电阻在约1分钟内增加3个数量级，可及时发出警报。
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