近日，中科院合肥研究院安光所利用“疏水分子篩”研發(fā)抗?jié)裥透咝阅蹾2S傳感器，相關(guān)成果以“基于Pt錨定CuCrO2（銅鉻氧）的高性能H2S氣體傳感器”“PDMS（聚二甲基硅氧烷）膜在抗?jié)瘛⒏哌x擇H2S氣體傳感器中的雙重功能”為題，分別發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces和Chemical Communication雜志上。
H2S是一種無色、易燃易爆、有強(qiáng)腐蝕性的劇毒氣體，廣泛存在于石化、天然氣、礦井、下水道、養(yǎng)殖場、廢水處理廠、垃圾填埋場等半封閉和高濕度場所。近年來，半導(dǎo)體型H2S傳感器取得了長足的進(jìn)展，包括銅鐵礦、氧化鋅（ZnO）、氧化銅（CuO）在內(nèi)的多種氧化物在干燥空氣中都對H2S具有較高的響應(yīng)。然而，傳感器在實(shí)際使用時必須暴露在濕度環(huán)境中，環(huán)境中的水汽是一種強(qiáng)干擾性氣體，且水汽（濕度）隨時間、地點(diǎn)、季節(jié)、天氣等因素急劇變化，這給傳感器的濃度標(biāo)定帶來了較大干擾。此外，H2S是一種強(qiáng)腐蝕性氣體，且腐蝕性隨濕度增加而增大，導(dǎo)致傳感器在高濕度環(huán)境下快速腐蝕中毒、壽命大幅縮短，成為傳感器走向?qū)嶋H應(yīng)用的一個重要挑戰(zhàn)。
為解決上述問題，安光所激光中心孟鋼研究員團(tuán)隊在前期基于Pt單原子敏化CuCrO2的高靈敏H2S傳感器基礎(chǔ)上，通過熱蒸發(fā)法在CuCrO2敏感層上蒸鍍了一層基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的疏水、透氣薄膜。PDMS性質(zhì)穩(wěn)定、本征疏水，可有效隔絕環(huán)境中水汽的侵入，減弱環(huán)境濕度對傳感器的影響，同時顯著提升傳感器在濕度環(huán)境中的長期穩(wěn)定性；此外，PDMS膜中大量微孔可有效阻擋甲硫醇分子（結(jié)構(gòu)、性質(zhì)同H2S極相似，直徑略大），充當(dāng)“分子篩”的作用，進(jìn)一步提升了傳感器對H2S的選擇性，實(shí)現(xiàn)了“一石二鳥”的功效。基于PDMS包覆CuCrO2的H2S傳感器，工作溫度較低（100 ℃）、濕度影響小、響應(yīng)高（50%相對濕度下對5 ppm H2S的響應(yīng)高達(dá)151）、選擇性高、長期穩(wěn)定性好，為H2S傳感器在石化、天然氣等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。
以上研究工作由中科院國際合作及安徽光機(jī)所所長基金等項(xiàng)目資助。
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https://doi.org/10.1039/d2cc05880d
