大连化物所提出气体传感材料内置电场调控策略 实现室温下超灵敏NO2检测

 

　　
       气体传感器在环境检测、工业安全、智能家居、医疗诊断及公共安全等领域具有不可替代的重要作用。它们能够实时、连续地检测大气中的有害气体成分，为空气质量评估、污染源追踪、生产过程控制和危险气体泄漏预警等提供关键数据支撑。特别是在“双碳”与绿色发展的背景下，对氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、挥发性有机物(VOCs)等典型污染物的精准检测需求日益迫切。然而，传统半导体气体传感器普遍依赖高温工作条件(通常高于200 oC)，不仅能耗高、设备寿命短，还存在灵敏度低、交叉干扰显著、基线漂移严重等问题，严重制约了其在常温、高湿、复杂背景气体环境下的可靠应用。因此，发展高灵敏、高选择性、低功耗且能在室温下稳定工作的新型气体传感材料与技术，已成为该领域的研究热点和难点。
 

　　近年来，冯亮团队致力于新型气体传感材料的开发及便携式气体传感的设计(Coordination Chemistry Reviews，2024)，通过对气敏材料的d带中心调控(J. Mater. Chem. A，2024)和动态配位设计(National Science Review，2025)，实现气体传感检出限从ppm提升到ppb级别。
 

　　在本工作中，研究团队提出在单一组分材料中构建内置电场，通过铁(Fe)掺杂在氯氧化铋(BiOCl)晶格中形成不对称的铁-氧-铋(Fe–O–Bi)结构，驱动电子定向迁移，协同Fe2+/Fe3+动态价态变化，构建“电场引擎”，提升了室温下对NO2的传感性能。该策略还可推广至铜(Cu)、锡(Sn)等可变价金属掺杂体系，显示出良好的普适性。团队进一步开发了基于该传感器的无线检测系统，实现了对汽车尾气中NO2的实时检测，展现出良好的实际应用前景。
 

　　相关工作以“Atomic-Level Built-in Electric Field Drives Sub-ppb NO2 Detection in Fe-Doped BiOCl at Room Temperature”为题，于近日发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。该文章的第一作者是我所106组博士研究生史御书。该工作中的理论计算得到了我所傅碧娜研究员团队的支持。上述工作得到中国科学院科研仪器设备研制项目、我所创新基金、我所联合基金等项目的支持。(文/图 史御书)