Gassensorer har använts i stor utsträckning inom områden som medicinsk hälsa, miljöövervakning och livsmedelssäkerhet. Men nuvarande gassensorer står fortfarande inför flera utmaningar, inklusive låg känslighet, långa svars- och återhämtningstider och baslinjedrift.
Publicerad i International Journal of Extreme Manufacturing , Prof. Zhangs team från Harbin Institute of Technology introducerade omfattande användningen av enatomskatalysatorer inom området gasavkänning, och föreslog en ny strategi för att förbättra prestanda hos gassensorer ytterligare.
Denna översyn diskuterar i första hand tillämpningen av enatomskatalysatorer inom området gasavkänning. Specifikt sammanfattar den strukturen och principerna för halvledarbaserade gassensorer och granskar de senaste metoderna för att förbereda enatomskatalysatorer.
Den analyserar också mekanismerna genom vilka enatomskatalysatorer förbättrar gaskänsligheten ur två perspektiv, vilket ger en detaljerad översikt över prestanda hos enatomskatalysatorer vid gasavkänning.
Enatomskatalysatorer uppvisar utmärkt katalytisk prestanda på grund av deras enastående atomutnyttjande och unika fysikalisk-kemiska egenskaper. Denna egenskap positionerar dem som konkurrenskraftiga kandidater för gaskänsliga material, eftersom kärnfunktionen hos gassensorer är beroende av den katalytiska processen för målgasmolekyler på det känsliga materialet.
Principen för de flesta gassensorer är baserad på reaktionen av gasmolekyler med kemisorberat syre på ytan av avkänningsmaterialet. Denna reaktion förändrar antalet laddningsbärare inom det avkännande materialets ledningsband och inducerar därigenom en förändring i materialets motstånd.
Enligt forskningsresultaten kan interaktionen mellan enskilda atomer och gasmolekyler främja reaktioner av gaser på ytan av känsliga material. Dessutom kan de heterogena strukturerna som bildas inuti känsliga material underlätta elektronöverföringen i avkänningsmaterialet avsevärt. Följaktligen kan gassensorer baserade på enatomskatalysatorer uppnå högre känslighet och kortare svarstider.
För närvarande inkluderar syntesmetoderna för enatomskatalysatorer impregnering, samutfällning, enkärlspyrolys, atomskiktsavsättning, offerschablonmetoder, metoder härledda av metallorganiska ramverk (MOFs) etc.
Emellertid tenderar enstaka atomer att aggregera till kluster under både syntes- och användningsprocesserna. För att syntetisera enatomskatalysatorer med hög belastning och stabilitet är det nödvändigt att förbättra interaktionen mellan enskilda atomer och bärare genom att modifiera koordinationsmiljön för enstaka atomer, bland andra metoder.
Valet av gaskänsliga material för en specifik gas är också beroende av experimentella resultat och saknar teoretisk vägledning. Att undersöka mekanismerna genom vilka enstaka atomer förbättrar gasavkänningsprestanda kan underlätta förståelsen av aktiva platser och därigenom etablera en teoretisk grund för den rationella designen av gaskänsliga material.
Som ett gaskänsligt material har enatomskatalysatorer fördelarna med låga detektionsgränser och hög selektivitet, vilket gör dem till ett lovande material med breda användningsmöjligheter. De förväntas ge betydande bidrag till att ytterligare förbättra känsligheten och selektiviteten hos gassensorer.
Dessutom är det mycket troligt att de underlättar utvecklingen av högpresterande gassensorer som arbetar i speciella miljöer som låg temperatur, lågt tryck och syrefria förhållanden.
Mer information: Xinxin He et al, Preparation of single atom catalysts for high sensitive gas sensing, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI:10.1088/2631-7990/ad3316
Tillhandahålls av International Journal of Extreme Manufacturing
