新聞網(wǎng)訊 近日,物理科學(xué)學(xué)院張軍教授團(tuán)隊(duì)在室溫氣體傳感器機(jī)理研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,相關(guān)研究成果以“Mechanistic Insights into NO2Sensing at Room Temperature: Oxygen Vacancy Dynamics Revealed by In-Situ Optoelectronic Characterization”為題,發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊 Nano Letter。第一作者為博士后李季,張軍教授與劉相紅教授為通訊作者。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和便攜式電子設(shè)備的飛速發(fā)展,對(duì)低功耗室溫氣體傳感器的需求日益迫切。然而,傳統(tǒng)室溫傳感器普遍面臨靈敏度低、響應(yīng)恢復(fù)慢等挑戰(zhàn),其核心原因在于傳感過(guò)程中材料表面缺陷、氣體分子與環(huán)境間的復(fù)雜相互作用機(jī)制尚不明確。該工作創(chuàng)新性地利用可見(jiàn)光照射調(diào)控氧化銦(In2O?)材料表面的氧空位濃度,并通過(guò)一系列先進(jìn)的原位光譜技術(shù)(如原位Raman、DRIFTS),在原子/分子層面實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)了傳感過(guò)程中氧空位的動(dòng)態(tài)生成與演化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),光照下產(chǎn)生的“光激發(fā)氧空位”,而非傳統(tǒng)認(rèn)為的光生電子-空穴對(duì),是主導(dǎo)室溫NO?傳感性能提升的關(guān)鍵因素。這些氧空位作為活性中心,不僅能增強(qiáng)NO?的化學(xué)吸附,還能通過(guò)調(diào)控表面電荷轉(zhuǎn)移顯著降低反應(yīng)能壘,從而使傳感器在室溫下對(duì)低濃度NO?表現(xiàn)出超高靈敏度、超快響應(yīng)/恢復(fù)速度以及優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和選擇性。該研究不僅揭示了光激發(fā)下氧空位動(dòng)態(tài)演化對(duì)提升傳感器性能的關(guān)鍵作用,同時(shí)闡明了光-缺陷-氣體三者相互作用的微觀(guān)機(jī)制,建立起一套缺陷介導(dǎo)的表面反應(yīng)通用研究框架。這為面向環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的高性能、低能耗光電氣體傳感器,指明了材料設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化的方向。此外,該研究成果也對(duì)催化、電子器件等多個(gè)前沿領(lǐng)域具有重要的借鑒意義。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者計(jì)劃以及山東省博士后科學(xué)基金的資助。