介孔In6 WO12 /Pr2 O3 异质结中电子散射与空间电荷转移协同效应实现室温高效NO2 传感

为解决传统金属氧化物半导体需高温工作、功耗高及新兴材料稳定性差的问题，研究人员通过协同电子散射与空间电荷转移机制，设计出介孔In6 WO12 /Pr2 O3 异质结室温NO2 传感器。该传感器响应值达90，检测限低至20 ppb，且具备优异选择性（K值69.8），为智能物联网（IoT）中低功耗气体传感提供新策略。

　　

氮氧化物（NO₂
）是城市空气污染的主要成分，长期暴露会引发呼吸系统疾病。传统金属氧化物半导体（MOS）如In₂
O₃
和WO₃
需200°C以上高温工作，而新兴二维材料虽可在室温（RT）运行却面临稳定性瓶颈。如何实现高灵敏、低功耗且稳定的RT气体传感成为研究热点。

山东大学的研究团队在《Journal of Materials Science》发表研究，首次将二元金属氧化物In₆
WO₁₂
与Pr₂
O₃
复合，通过共沉淀-浸渍法构建介孔异质结，利用电子散射与空间电荷转移协同效应，开发出高性能RT NO₂
传感器。该传感器在20 ppb超低浓度下响应值达90，响应/恢复时间仅108 s/148 s，且对NO₂
的选择性（K值69.8）远超同类材料。

关键技术方法

1. 乙二胺辅助共沉淀法合成8 nm级In₆
   WO₁₂
   纳米球；
2. 浸渍-空气煅烧负载Pr₂
   O₃
   调控功函数；
3. 原位漫反射红外光谱（In-situ DRIFTS）分析表面吸附氧作用机制。

研究结果

1. 材料表征：XRD证实样品为菱方相In₆
   WO₁₂
   （JCPDS#74-1410），Pr₂
   O₃
   因低载量未检出峰；TEM显示介孔结构提供多重气体扩散路径。
2. 传感性能：IWO-5传感器对5 ppm NO₂
   的响应是纯In₆
   WO₁₂
   的4倍，归因于Pr₂
   O₃
   降低功函数并促进吸附氧活化。
3. 机制分析：能带结构表明Pr₂
   O₃
   诱导的界面电荷转移加速NO₂
   与吸附氧（O₂
   ^-
   ）反应，电子散射效应进一步抑制载流子复合。

结论与意义
该研究通过二元氧化物界面工程，首次实现In₆
WO₁₂
基材料在RT下的高效NO₂
检测，其性能参数（响应值、检测限、选择性）均优于传统MOS传感器。Fei Liu团队提出的“电子散射-空间电荷转移”协同机制为设计低功耗气体传感器提供了普适性策略，尤其适用于车载尾气监测等物联网场景。研究还揭示了吸附氧在RT传感中的核心作用，为后续开发新型RT气敏材料奠定理论基础。