铟-氯双缺陷诱导的全无机无铅钙钛矿Cs2InCl5·H2O用于人体生理湿度非接触监测

为解决铅基卤化物钙钛矿（HPs）的结构不稳定性和毒性问题，天津科研团队通过室温沉淀法合成全无机无铅钙钛矿Cs2InCl5·H2O（CICH-1）。该材料在33%–97%相对湿度（RH）范围内表现出卓越的线性响应（Adj. R2=0.99）、高灵敏度（9.1×103）和快速响应（3秒），成功实现人体手指呼吸湿度的非接触实时监测，为医疗健康监测提供新型传感材料。

　　

在环境监测和健康医疗领域，湿度传感技术正成为关键工具。传统金属氧化物和聚合物传感器虽广泛应用，却受限于复杂的制备工艺和较差的线性响应。更令人困扰的是，近年来大放异彩的铅基卤化物钙钛矿（Halide Perovskites, HPs）虽具备优异光电性能，但其在潮湿环境中的结构不稳定性及铅毒性严重制约了医疗应用前景。如何开发兼具高稳定性和生物相容性的新型传感材料，成为学界亟待突破的瓶颈。

针对这一挑战，天津科研团队在《Microchemical Journal》发表的研究给出创新解决方案。研究人员聚焦于全无机无铅钙钛矿体系，通过对比室温沉淀法和水热法两种合成路径，成功制备出具有铟-氯双缺陷特性的Cs₂InCl₅·H₂O（CICH）晶体。该材料凭借独特的[InCl₅(H₂O)]^2?八面体结构及结晶水特性，实现了湿度响应性能的突破性提升。

研究采用X射线衍射（XRD）和电子顺磁共振（EPR）等技术进行材料表征，通过标准湿度发生装置构建测试系统。关键发现体现在CICH-1样品在宽湿度范围（33%-97% RH）内展现出近乎完美的线性响应（Adj. R²=0.99），其响应值高达9.1×10³，远超传统材料。更引人注目的是，该传感器能在3秒内完成湿度变化响应，且滞后效应仅为0.89% RH，这些性能参数均达到医疗级监测要求。

Material characterization
晶体结构分析揭示，CICH-1中水分子替代氯形成的特殊配位环境是性能提升的关键。EPR谱显示其存在高密度In-Cl双缺陷，这显著增强了材料表面羟基吸附能力。相较水热法合成的CICH-2，室温法制备的样品缺陷密度提升近40%，为快速质子传导提供丰富通道。

Conclusions
该研究不仅证实全无机无铅钙钛矿在生物传感领域的应用潜力，更开创性地将其用于人体生理监测。实验证明CICH-1传感器可精准捕捉手指接近时的湿度波动（ΔRH>15%），并能区分正常呼吸与急促呼吸模式（响应差值达2.3×10³）。这种非接触检测方式避免了传统接触式传感器可能引起的交叉感染风险，为未来可穿戴医疗设备开发提供新思路。

Yao-Wen Yue等研究者指出，材料中In³⁺空位与Cl^-空位的协同效应是性能突破的核心机制。这种双缺陷结构既能保持晶体框架稳定性，又为水分子吸附提供活性位点。该工作获得国家自然科学基金（21601094）等项目的支持，其成果不仅拓展了HPs材料的应用边界，更为开发环境友好型医疗传感器指明方向。