揭示In2 O3 纳米棒气敏机制：实验制备与第一性原理计算的协同研究

为解决NO2 气体检测中材料选择性和灵敏度不足的问题，研究人员通过高温烧结法合成In2 O3 纳米棒（NRs），结合密度泛函理论（DFT）阐明了其气敏机制。该材料在90°C下对50 ppm NO2 响应值达250.57，检测限低至500 ppt，且无需贵金属修饰。研究为优化半导体气敏材料提供了理论依据，发表于《Applied Surface Science》。

　　

NO₂
作为一种具有强烈刺激性的有毒气体，不仅是工业排放和汽车尾气的主要成分，还会引发呼吸系统损伤和环境污染问题。传统检测技术往往面临灵敏度不足、能耗高或依赖贵金属修饰等挑战。在这一背景下，山东大学的研究团队通过实验与理论计算的深度融合，揭示了In₂
O₃
纳米棒的气敏机制，相关成果发表于《Applied Surface Science》。

研究采用高温烧结法制备In₂
O₃
NRs，通过SEM、XRD等技术表征材料形貌与结构，并构建气敏元件测试性能。DFT计算用于分析气体吸附位点与电子转移过程。

实验结果

1. 材料表征：前驱体In(OH)₃
   呈针状结构，经500°C煅烧后转变为直径8-10 nm、长度40 nm的短棒状In₂
   O₃
   NRs。
2. 气敏性能：在90°C下对50 ppm NO₂
   的响应值达250.57，响应/恢复时间分别为34 s和75 s，检测限低至500 ppt。
3. DFT分析：NO₂
   吸附于In₂
   O₃
   表面时发生显著电荷转移，而氧化性气体（NO₂
   、Cl₂
   ）与还原性气体（乙醇、CO）的作用机制存在本质差异。

结论与意义
该研究首次明确区分了In₂
O₃
与氧化/还原性气体的相互作用机制，为设计高性能气敏材料提供了新思路。无需贵金属修饰的特性显著降低成本，500 ppt级检测能力使其在环境监测和工业安全领域具有重要应用价值。理论计算与实验验证的结合模式，为气敏材料研究提供了方法论参考。