方曉東、孟鋼團隊開發出對石化等應用場景適應度更高的H2S傳感器
近日，中科院合肥研究院安光所激光中心方曉東、孟鋼研究員團隊研發出低溫抗濕度干擾，對石化等監測應用場景適應度更高的硫化氫（H2S）傳感器。
H2S是一種易燃、易爆、有腐蝕性的窒息性劇毒氣體，可能存在于石油開采、石油提煉、天然氣井、礦井、造紙、印染、制藥、污水處理等多個行業。全國因H2S泄露導致的中毒事故時有發生，進一步強化H2S的監測預警至關重要。
盡管金屬氧化物半導體型H2S傳感器具有尺寸小、功耗低、易于布網等優點，但絕大部分H2S傳感器需要在較高的工作溫度（~150 – 350 °C）下工作，限制了其在天然氣、石化、礦井等易燃易爆場所的應用。此外，環境中動態變化的水汽（極性分子，濃度102 – 105 ppm）常會占據氧化物半導體（如SnO2、ZnO等）傳感器表面活性位點，常導致傳感器靈敏度的下降及（H2S）選擇性的喪失。
為解決上述問題，團隊采用具有疏水特性的(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7（SBO）為母體材料，復合10 mol% ZnO，形成SBO/ZnO n-n異質結復合傳感器。該復合材料不僅繼承了SBO優異的疏水特性，削弱了環境中極性水分子在傳感器表面的吸附作用，使器件具有優異的抗濕度干擾特性，同時ZnO在較低溫（75℃，低于國際電工委員會最苛刻的T6等級溫度—85℃）表面硫化后，表面生成的ZnS會通過ZnO向SBO注入大量載流子，使復合器件具有優異的選擇性、高響應（10 ppm H2S靈敏度為107.6）和低檢測限（~20 ppb）。此外，器件出色的長期穩定性（96天后響應下降約3％）為氧化物半導體型H2S傳感器在石化、天然氣、礦井等多領域的實際應用奠定了重要基礎。
相關成果以“基于(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7/ZnO異質結的新型高性能低溫H2S氣體傳感器”為題，發表于Journal of Hazardous Materials雜志上。
以上研究工作由國家自然科學基金、中科院國際合作及合肥研究院安徽光機所相關項目資助。
傳感器氣敏響應特性：（a）選擇性；（b）長期穩定性；（c）濕度依賴性；（d）本工作與現有H2S傳感器的工作溫度及靈敏度對比，背景為IEC防爆等級T3-T6。
