【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所儀器分析化學研究室化學傳感器研究組(106組)馮亮研究員團隊在氣體傳感材料研究領域取得新進展。團隊通過一種新型的內置電場調控策略，構建了Fe-BiOCl材料，實現了室溫下對二氧化氮(NO2)氣體的超高靈敏度檢測，檢測限低至117 ppt，響應時間小于10秒，并具備較好的長期穩定性和選擇性。
氣體傳感器在環境檢測、工業安全、智能家居、醫療診斷及公共安全等領域具有不可替代的重要作用。它們能夠實時、連續地檢測大氣中的有害氣體成分，為空氣質量評估、污染源追蹤、生產過程控制和危險氣體泄漏預警等提供關鍵數據支撐。特別是在“雙碳”與綠色發展的背景下，對氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、揮發性有機物(VOCs)等典型污染物的精準檢測需求日益迫切。然而，傳統半導體氣體傳感器普遍依賴高溫工作條件(通常高于200 oC)，不僅能耗高、設備壽命短，還存在靈敏度低、交叉干擾顯著、基線漂移嚴重等問題，嚴重制約了其在常溫、高濕、復雜背景氣體環境下的可靠應用。因此，發展高靈敏、高選擇性、低功耗且能在室溫下穩定工作的新型氣體傳感材料與技術，已成為該領域的研究熱點和難點。
近年來，馮亮團隊致力于新型氣體傳感材料的開發及便攜式氣體傳感的設計(Coordination Chemistry Reviews，2024)，通過對氣敏材料的d帶中心調控(J. Mater. Chem. A，2024)和動態配位設計(National Science Review，2025)，實現氣體傳感檢出限從ppm提升到ppb級別。
在本工作中，研究團隊提出在單一組分材料中構建內置電場，通過鐵(Fe)摻雜在氯氧化鉍(BiOCl)晶格中形成不對稱的鐵-氧-鉍(Fe–O–Bi)結構，驅動電子定向遷移，協同Fe2+/Fe3+動態價態變化，構建“電場引擎”，提升了室溫下對NO2的傳感性能。該策略還可推廣至銅(Cu)、錫(Sn)等可變價金屬摻雜體系，顯示出良好的普適性。團隊進一步開發了基于該傳感器的無線檢測系統，實現了對汽車尾氣中NO2的實時檢測，展現出良好的實際應用前景。
相關工作以“Atomic-Level Built-in Electric Field Drives Sub-ppb NO2 Detection in Fe-Doped BiOCl at Room Temperature”為題，于近日發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。該文章的第一作者是我所106組博士研究生史御書。該工作中的理論計算得到了我所傅碧娜研究員團隊的支持。上述工作得到中國科學院科研儀器設備研制項目、我所創新基金、我所聯合基金等項目的支持。(文/圖 史御書)
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