【儀器儀表商情網(wǎng) 科技前沿】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(huán)境科學與技術研究室竇新存團隊開發(fā)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(yè)的快速發(fā)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(chǎn)生較大的危害。因此，開發(fā)可快速、靈敏地檢測ppb級NO2的氣體傳感器具有現(xiàn)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(yōu)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(jié)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(zhuǎn)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(diào)控實現(xiàn)對NO2的超靈敏檢測具有重要研究價值。

通過控制SnO2表面缺陷控制NO2傳感器靈敏度示意圖

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（Sn 4＋ - O2-?）卻未被引起足夠的重視。與VO? 缺陷中心相比，電子在Sn 4＋ - O2-?上理論上更容易與NO2分子發(fā)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(jié)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(huán)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(wěn)定的制備條件，科研人員以極不穩(wěn)定的SnCl 4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(huán)境瞬間打破前驅(qū)體溶液的亞穩(wěn)態(tài)從而獲得缺陷?；谠摲椒軌虺晒Φ貙n 4＋ - 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Sn 4＋ - O2-?數(shù)量的微小改變就能引起材料敏感性能的巨大變化?；谶@種材料的傳感器具有長期穩(wěn)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(yōu)異的傳感特性，可為傳感器的工業(yè)化生產(chǎn)提供有力的保障。

相關研究成果以Communication形式發(fā)表在Small上，并被“Materials Views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(qū)杰青等項目的資助。