基于Au-CeO2复合传感电极的La10Si5.5Al0.5O27-δ混合电位型高温氢传感器研究

《Sensors and Actuators B: Chemical》：A La 10Si 5.5Al 0.5O 27-δ based mixed-potential H 2 sensor using Au-CeO 2 composite sensing electrode

本研究开发了一种采用高催化活性Au-CeO2复合传感电极和La10Si5.5Al0.5O27-δ（LSAO）电解质的高温氢传感器，通过CeO2的氧离子传导特性扩展三相边界（TPB），在450°C下对50-2000 ppm H2呈现-86.20 mV/decade的高灵敏度，并展现优异抗干扰性和稳定性。

　　

Highlight

传感器制备与表征

采用不同Au-CeO₂比例（Au、Au-30 wt% CeO₂、Au-40 wt% CeO₂和Au-50 wt% CeO₂，分别命名为Au、Au-Ce30、Au-Ce40、Au-Ce50）的传感电极浆料，通过将金浆（SRYEO PASTE）与CeO₂粉末（99.9%，Aladdin）在有机介质辅助下混合制备。LSAO电解质片（?13 mm）依据我们先前报道制备[24]。为组装传感器，通过丝网印刷将一层传感电极浆料印刷在电解质片一侧，并在800°C下烧结2小时形成SE。在电解质另一侧，印刷Pt浆料（SRYEO PASTE）并在相同条件下烧结形成参比电极（RE）。为进一步优化，部分传感器的Pt参比电极上覆盖一层多孔LSAO涂层（图2），该涂层使用LSAO浆料印刷并在800°C下烧结2小时制备。最终传感器结构为SE|LSAO|Pt-RE或SE|LSAO|LSAO/Pt-RE。

传感电极的物相与微观结构

图3展示了使用不同SE的传感器SE侧表面的XRD图谱。可观察到Au相（JCPDS No. 03-065-2870）、CeO₂相（JCPDS No.01-081-0792）和La₁₀Si_5.5Al_0.5O_27-δ电解质相（JCPDS No. 00-053-0291）的衍射峰。重金属对X射线的强反射性导致Au衍射峰特别突出。除Au SE外，所有SE中均可观察到CeO₂的衍射峰。LSAO衍射峰的相对强度在Au SE中最高，在含CeO₂的SE中因SE层较厚而减弱。未检测到其他杂相，表明SE制备过程中未发生明显的固相反应。

结论

提出了一种基于活性Au-CeO₂复合材料作为传感电极和La₁₀Si_5.5Al_0.5O_27-δ（LSAO）作为电解质的高温氢传感器。将CeO₂引入Au SE抑制了Au的烧结，并形成了多孔三维结构的传感电极。此外，具有氧离子传导特性的CeO₂增加了活性位点并扩展了电极反应的三相边界，有利于提高传感器的传感性能。该传感器