韩国材料科学技术研究所:减轻氧化物化学电阻器的酒精抑制,带有HZSM-5沸石覆盖层的双层传感器

乙醇在各种大气中普遍存在,是影响气体传感器在室内空气监测、呼吸分析和食品新鲜度监测等广泛实际应用中性能的主要干扰因素。事实上,大多数现代气体传感器(例如金属氧化物、石墨烯、碳纳米管和硫化物)对乙醇敏感,因为乙醇在气敏反应中具有高反应性。此外,乙醇的浓度通常高于目标气体的浓度。因此,迫切需要一种能够完全消除乙醇干扰的传感策略。人们做出了相当大的努力来减轻乙醇气体的干扰,通过掺杂/负载贵金属或氧化物催化剂、调节工作温度、形成异质复合材料以及在使用气敏薄膜之前使用催化过滤器(载Pt的Al2O3WO3填充床、Co3O4SnO2TiO2Rh/TiO2Au催化覆盖层)。然而,对于新的应用和高性能气体传感器来说,与乙醇无关的传感器信号和通过催化氧化产生的可检测分析物气体的数量仍然有限且不足。此外,催化氧化不仅会降低对乙醇的响应,还会同时降低对目标气体的响应,从而降低分析物对乙醇的选择性和灵敏度。因此,有必要从新的视角探索催化控制策略,而不仅仅是简单地利用氧化物或贵金属催化剂催化氧化干扰乙醇。 

对于高反应性的氧化传感反应,在检测含有少量C和H物种的小气体分子时,选择性问题变得尤为重要。例如,由于人类大部分时间都待在室内,选择性检测亚ppm级的甲醛(HCHO)对于监测室内空气质量至关重要。HCHO是一种潜在的致癌物。已知HCHO来自木质家具、油漆和室内装饰材料(例如粘合剂)。此外,由于其健康风险,世界卫生组织(WHO)制定了室内甲醛暴露(80 ppb)的指南。因此,精确实时地检测HCHO对人类至关重要。然而,氧化物化学电阻通常对无处不在的乙醇表现出非歧视性响应,这可能导致 HCHO 传感器故障。为了克服这一限制,已经考虑使用分子筛从分子尺寸较小的分析物气体中物理过滤具有较大动力学直径的乙醇分子。然而,大多数利用分子筛层的气体传感器对分析物气体表现出较低的响应和迟缓的传感动力学,这是由于分析物气体从传感层上部到传感电极附近下部的扩散受到阻碍。因此,使用氧化物化学电阻在乙醇存在下高选择性、灵敏度和快速性地检测分析物气体仍然是一项具有挑战性的任务。

来源:传感器专家网

 


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