方晓东、孟钢团队开发出对石化等应用场景适应度更高的H2S传感器
近日，中科院合肥研究院安光所激光中心方晓东、孟钢研究员团队研发出低温抗湿度干扰，对石化等监测应用场景适应度更高的硫化氢（H2S）传感器。
H2S是一种易燃、易爆、有腐蚀性的窒息性剧毒气体，可能存在于石油开采、石油提炼、天然气井、矿井、造纸、印染、制药、污水处理等多个行业。全国因H2S泄露导致的中毒事故时有发生，进一步强化H2S的监测预警至关重要。
尽管金属氧化物半导体型H2S传感器具有尺寸小、功耗低、易于布网等优点，但绝大部分H2S传感器需要在较高的工作温度（~150 – 350 °C）下工作，限制了其在天然气、石化、矿井等易燃易爆场所的应用。此外，环境中动态变化的水汽（极性分子，浓度102 – 105 ppm）常会占据氧化物半导体（如SnO2、ZnO等）传感器表面活性位点，常导致传感器灵敏度的下降及（H2S）选择性的丧失。
为解决上述问题，团队采用具有疏水特性的(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7（SBO）为母体材料，复合10 mol% ZnO，形成SBO/ZnO n-n异质结复合传感器。该复合材料不仅继承了SBO优异的疏水特性，削弱了环境中极性水分子在传感器表面的吸附作用，使器件具有优异的抗湿度干扰特性，同时ZnO在较低温（75℃，低于国际电工委员会最苛刻的T6等级温度—85℃）表面硫化后，表面生成的ZnS会通过ZnO向SBO注入大量载流子，使复合器件具有优异的选择性、高响应（10 ppm H2S灵敏度为107.6）和低检测限（~20 ppb）。此外，器件出色的长期稳定性（96天后响应下降约3％）为氧化物半导体型H2S传感器在石化、天然气、矿井等多领域的实际应用奠定了重要基础。
相关成果以“基于(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7/ZnO异质结的新型高性能低温H2S气体传感器”为题，发表于Journal of Hazardous Materials杂志上。
以上研究工作由国家自然科学基金、中科院国际合作及合肥研究院安徽光机所相关项目资助。
传感器气敏响应特性：（a）选择性；（b）长期稳定性；（c）湿度依赖性；（d）本工作与现有H2S传感器的工作温度及灵敏度对比，背景为IEC防爆等级T3-T6。
