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为解决金属氧化物半导体（MOS）气体传感器选择性差的问题，研究人员开展了基于反应性多孔基底的 SnO2甲烷气体传感器研究。结果表明新结构显著提升选择性，对甲烷检测意义重大。
在现代生活和工业生产中，气体检测至关重要。比如在家庭中，天然气主要成分甲烷一旦泄漏，可能引发爆炸等危险；在工业领域，精准检测特定气体对生产安全和产品质量控制意义非凡。金属氧化物半导体（MOS）气体传感器凭借成本低、体积小和灵敏度高等优势，在气体检测领域广泛应用，但它的选择性一直不尽人意。对于像甲烷这种重要目标气体的检测，其选择性差的问题尤为突出，严重限制了该类传感器的实际应用。为了突破这一困境，研究人员展开了深入研究。
此次研究由未知研究机构的研究人员进行，他们成功设计出一种新型的基于 SnO2的甲烷气体传感器，该传感器利用反应性多孔基底，有效提升了对甲烷检测的选择性。这一成果对气体检测领域意义重大，为甲烷泄漏监测等实际应用提供了更可靠的技术支持。该研究成果发表在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》上。
研究人员在开展此项研究时，主要运用了以下关键技术方法：采用溶液酸化法制备 SnO2，利用常规浸渍法将 Pd 负载到 SnO2纳米颗粒表面；运用固态烧结技术制备作为活性过滤器基底的多孔陶瓷；通过 X 射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线光电子能谱（XPS）以及氢气程序升温还原（H2-TPR）等多种手段对材料进行表征；搭建定制的装置评估气敏性能。
材料表征
研究以 SnO2为气体传感器制备的模型材料。XRD 和 SEM 分析显示，SnO2具有四方锡石结构，颗粒尺寸均匀且分散良好。HRTEM 图像观察到其晶格间距与理论相符，XPS 光谱表明负载的 Pd 以氧化态存在于 SnO2纳米颗粒表面。对于多孔陶瓷，XRD 未检测到金属 Pt 或氧化 Pt 的峰，但 XPS 证实了 Pt 的存在，且主要以 PtO 形式存在。SEM 和 MIP 分析表明多孔陶瓷平均孔径约 220.6nm，孔隙率约 58.35%，其独特的孔隙结构利于气体扩散和调节。
气敏性能
研究选用甲烷验证新传感器结构的选择性，因为甲烷检测在多领域意义重大且其选择性对扩散和反应过程敏感。新结构通过涂覆致密 SiO2层，将气体扩散和反应过程与传感功能分离。实验发现，多孔陶瓷增强了甲烷响应，同时显著降低了乙醇响应。研究表明，传感器响应与多孔陶瓷基底厚度有关，通过调节相关参数可有效控制 MOS 气体传感器的选择性响应。此外，Pt 负载可调制多孔陶瓷基底的催化活性，对乙醇的催化燃烧效果显著，从而抑制对乙醇的响应，提升对甲烷的选择性检测。在实际应用测试中，新结构传感器在混合气体中对甲烷的选择性响应明显优于传统传感器。
传感机制
新传感器的基本传感机制与传统 MOS 气体传感器类似，受体功能是表面吸附氧与气体反应调节表面势垒高度，多孔基底不改变氧吸附过程。但新结构中气体扩散方向与传统传感器相反，导致电子传导有所不同。对功率定律响应的研究表明，所有传感器对氧气和甲烷都遵循功率定律响应，说明基本传感机制未变，都是传感层表面吸附氧主导传感过程，不过气体扩散和反应行为由多孔和活性多孔陶瓷基底调制。
研究人员通过设计新型传感器结构，有效解决了 MOS 气体传感器选择性差的问题。新传感器利用多孔陶瓷基底调控气体扩散和反应过程，显著提升了对甲烷的选择性响应。同时，研究从理论和实验两方面深入分析了传感机制，为后续气体传感器的发展提供了重要参考。该研究成果不仅在甲烷检测领域具有重要应用价值，也为其他气体传感器的研发提供了新思路，有望推动整个气体传感技术领域的发展，提升气体检测的准确性和可靠性，保障人们的生活和生产安全。
