科研人员研制出室温下高灵敏二氧化氮检测传感器
文章导读
二氧化氮在大气和工业中危害严重，但现有室温传感器普遍灵敏度不足、响应慢、选择性差，限制了痕量监测。中国科学院声学所利用约2.4nm铂纳米簇负载于氧化石墨烯，并与200MHz声表面波延迟线耦合，实现室温下20ppb超高灵敏检测，灵敏度45.4mV/ppm，响应约50秒，且对氢气、氨气等干扰气体保持良好选择性，30天后仍保留90.5%响应。如此低功耗高稳定性的方案，能否成为下一代环境监测的标准？
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二氧化氮是大气环境和工业场景中的有害气体。现有室温二氧化氮传感器普遍面临灵敏度不足、响应较慢和选择性有限等问题，因此亟需发展低功耗、高灵敏、可在室温下工作的痕量气体传感技术。
近期，中国科学院声学研究所团队提出了铂纳米簇与声表面波（SAW）器件协同增强的高灵敏二氧化氮传感新方法。研究将平均尺寸约2.4nm的铂纳米簇均匀负载于氧化石墨烯表面，并将其作为敏感薄膜集成到200MHz SAW延迟线器件中。铂纳米簇可提供丰富的活性位点，增强二氧化氮吸附、催化活化和电荷转移；SAW器件则通过质量负载效应和声电耦合效应，将气体吸附过程转化为可测量的电信号。
试验表明，在室温下，该传感器可实现20ppb的超高灵敏二氧化氮检测，灵敏度为45.4mV/ppm，理论检测限可达~6ppb，传感器响应速度为~50s，对氢气、氨气、甲烷、乙炔和一氧化氮等常见干扰气体表现出良好选择性。经过30天存放后，器件仍保持90.5%初始响应，展现出较好的重复性和长期稳定性。
这一研究为微尺度高灵敏二氧化氮检测提供了新方案。
相关研究成果发表在《纳米研究》（Nano Research）上。研究工作得到国家重点研发计划的支持。
铂纳米簇/氧化石墨烯声表面波二氧化氮传感器结构与机理
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