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(chǎng)、廢水處理廠、垃圾填埋場(chǎng)等半封閉和高濕度場(chǎng)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(duì)H₂S具有較高的響應(yīng)。然而，傳感器在實(shí)際使用時(shí)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(shí)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(gè)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(duì)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(duì)傳感器的影響，同時(shí)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(duì)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(duì)濕度下對(duì)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。

　　文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c00619?ref=PDF

　　https://doi.org/10.1039/d2cc05880d