大連理工大學：研究用于穩定和選擇性檢測NO2的氮摻雜氧化銦電化學傳感器

監測環境中氣體成分的變化對未來的工業生產和日常活動越來越重要。這種監測的有效性在很大程度上取決于氣體傳感器的可靠性和性能。目前，主要基于ZnO、SnO₂和WO₃等金屬氧化物的化學電阻氣體傳感器[3]因其成本效益和易于制備而在各種氣體監測場景中得到了廣泛的應用。然而，傳統的金屬氧化物半導體（MOS）傳感器面臨著與低選擇性、高工作溫度和有限的長期穩定性相關的挑戰。相反，電化學氣體傳感器具有能耗低（可在室溫下操作）和選擇性高等優點。然而，它們的廣泛采用仍然有限，主要是由于與碳載鉑（Pt/C）等貴金屬催化劑相關的高生產成本，以及與傳統鉑（Pt）基氣體傳感器的長期穩定性有關的問題。迫切需要開發對目標氣體具有特殊敏感性的具有成本效益和耐用性的催化材料。

二氧化氮（NO₂）是一種重要的空氣污染物，主要來自車輛發動機和工業活動，對環境和健康構成風險。監管干預旨在減少人為氮氧化物排放。目前的NO₂檢測方法利用氣相色譜質譜儀、紅外吸收傳感器和化學電阻氣體傳感器。然而，設備成本、測試復雜性和高工作溫度等挑戰依然存在。雖然碳化鈦/L-（Ti₃C₂T_x/γ-PGA）化學電阻氣體傳感器顯示出比Ti₃C₂T_x更好的響應，但穩定性仍然是一個問題。同樣，分級C-MoS₂化學電阻氣體傳感器在低NO₂濃度（5 ppb）下表現出優異的性能，但恢復時間較慢（50分鐘）。因此，開發具有更高靈敏度、穩定性和NO₂檢測選擇性的電化學傳感器至關重要。

1. 本工作介紹了一種新型、經濟高效的電化學傳感器，該傳感器使用氮摻雜氧化銦In₂O_3?xN_2x/3V_x/3（0.01≤x≤0.14），通過不同的氮化時間合成。

2. 優化的In₂O₃ N-40分鐘傳感器在環境溫度下顯示出771 nA至10 ppm二氧化氮（NO₂）的顯著響應電流，具有出色的長期穩定性（超過30天）和快速響應/恢復時間（5/16秒）。

3. 與Pt/C傳感器相比，它的響應時間和恢復時間分別縮短了84%和67%，一個月后性能保持在98%，而Pt/C的性能為68%。

來源：傳感器專家網