Fremstilling af enkeltatoms katalysatorer til detektering af meget følsom gas

Gassensorer er blevet brugt i vid udstrækning inden for områder som medicinsk sundhed, miljøovervågning og fødevaresikkerhed. Men nuværende gassensorer står stadig over for adskillige udfordringer, herunder lav følsomhed, lange respons- og genoprettelsestider og baseline-drift.

Udgivet i International Journal of Extreme Manufacturing , Prof. Zhangs team fra Harbin Institute of Technology introducerede omfattende brugen af ​​enkeltatom-katalysatorer inden for gassensing og foreslog en ny strategi for at forbedre ydeevnen af ​​gassensorer yderligere.

Denne gennemgang diskuterer primært anvendelsen af ​​enkeltatom-katalysatorer inden for gassensing. Specifikt opsummerer den strukturen og principperne for halvlederbaserede gassensorer og gennemgår de nyeste metoder til fremstilling af enkeltatom-katalysatorer.

Den analyserer også de mekanismer, hvorigennem enkeltatomkatalysatorer øger gassens følsomhed fra to perspektiver, hvilket giver et detaljeret overblik over enkeltatomkatalysatorers ydeevne i gassensing.

Enkeltatomkatalysatorer udviser fremragende katalytisk ydeevne på grund af deres fremragende atomudnyttelse og unikke fysisk-kemiske egenskaber. Denne egenskab positionerer dem som konkurrerende kandidater til gasfølsomme materialer, da kernefunktionen af ​​gassensorer er afhængig af den katalytiske proces af målgasmolekyler på det følsomme materiale.

Princippet for de fleste gassensorer er baseret på reaktionen af ​​gasmolekyler med kemisorberet ilt på overfladen af ​​følematerialet. Denne reaktion ændrer antallet af ladningsbærere inden for ledningsbåndet af følematerialet og inducerer derved en ændring i materialets modstand.

Ifølge forskningsresultaterne kan interaktionen mellem enkelte atomer og gasmolekyler fremme reaktioner af gasser på overfladen af ​​følsomme materialer. Derudover kan de heterogene strukturer, der er dannet inde i følsomme materialer, lette elektronoverførslen i det følende materiale betydeligt. Som følge heraf kan gassensorer baseret på enkeltatom-katalysatorer opnå højere følsomhed og kortere responstider.

I øjeblikket omfatter syntesemetoderne for enkeltatomkatalysatorer imprægnering, co-præcipitation, one-pot pyrolyse, atomlagsaflejring, offerskabelonmetoder, metalorganiske rammer (MOF'er) afledte metoder osv.

Enkelte atomer har dog en tendens til at samle sig i klynger under både syntese- og udnyttelsesprocesserne. For at syntetisere enkeltatomskatalysatorer med høj belastning og stabilitet er det nødvendigt at forbedre interaktionen mellem enkeltatomer og understøtninger ved blandt andet at modificere koordinationsmiljøet for enkeltatomer.

Udvælgelsen af ​​gasfølsomme materialer til en specifik gas afhænger også af eksperimentelle resultater og mangler teoretisk vejledning. At undersøge de mekanismer, hvorved enkelte atomer forbedrer gassensing-ydelsen, kan lette forståelsen af ​​aktive steder og derved etablere et teoretisk grundlag for det rationelle design af gasfølsomme materialer.

Som et gasfølsomt materiale har enkeltatom-katalysatorer fordelene ved lave detektionsgrænser og høj selektivitet, hvilket gør dem til et lovende materiale med brede anvendelsesmuligheder. De forventes at yde væsentlige bidrag til yderligere at forbedre følsomheden og selektiviteten af ​​gassensorer.

Derudover er det højst sandsynligt, at de letter udviklingen af ​​højtydende gassensorer, der fungerer i specielle miljøer såsom lav temperatur, lavt tryk og iltfrie forhold.

Flere oplysninger: Xinxin He et al, Forberedelse af enkeltatomkatalysatorer til højfølsom gassensing, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI:10.1088/2631-7990/ad3316

Leveret af International Journal of Extreme Manufacturing