喷雾热解法制备纳米结构MgS薄膜用于高灵敏度CO2检测的结构、光学及气敏特性研究

为解决环境监测中CO2检测灵敏度低、响应速度慢的问题，研究人员通过喷雾热解法（spray pyrolysis）开发了纳米结构MgS薄膜。该薄膜在70°C下对500 ppm CO2的灵敏度达82.13%，响应/恢复时间仅8秒/53秒，且具有优异的选择性。XRD和FESEM证实其结晶性（晶粒尺寸25.54 nm）和纳米多孔结构，UV-Vis显示3.1 eV宽禁带特性。该研究为低成本、低功耗环境传感器提供了新方案。

　　

随着工业化和城市化进程加速，大气中CO₂浓度持续攀升，其作为主要温室气体引发的全球变暖问题日益严峻。传统金属氧化物传感器如SnO₂和ZnO虽广泛应用，但存在工作温度高（通常>200°C）、选择性差等瓶颈。而硫化镁(MgS)因其宽禁带(3.1 eV)、低温敏感特性和立方岩盐结构，成为新型气敏材料的候选者。马哈拉施特拉邦马拉冈MGV学院物理系与浦那大学的研究团队通过喷雾热解技术，在玻璃基底上制备了纳米结构MgS薄膜，系统研究了其对CO₂的检测性能。

研究采用喷雾热解法（spray pyrolysis）将镁盐前驱体溶液喷涂至加热基底，通过控制沉积参数获得均匀薄膜。结构表征使用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)，光学性能通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)分析，气敏测试采用静态气体传感系统测量不同CO₂浓度下的电学响应。

XRD分析显示薄膜具有立方晶系结构（JCPDS 01-075-0262），晶粒尺寸25.54 nm，优选取向生长。FESEM结果证实薄膜表面呈现纳米级多孔结构，这种形貌极大增加了气体吸附活性位点。光学表征中，FTIR检测到Mg-S键特征峰，UV-Vis通过Tauc图计算得到3.1 eV的直接带隙，解释了材料对紫外光的透明特性。气敏性能测试表明，在70°C最佳工作温度下，薄膜对500 ppm CO₂的灵敏度达82.13%，远超传统金属氧化物传感器（通常30-70%），且响应/恢复时间分别仅8秒和53秒。

该研究证实喷雾热解法制备的MgS薄膜具有三大优势：一是工艺简单、成本低廉，适合大面积生产；二是纳米多孔结构赋予其高比表面积和快速气体扩散通道；三是宽禁带特性使其在低温下仍保持优异灵敏度。这些特性使其在工业排放监测、智能建筑通风系统等场景中具备应用潜力。论文发表于《Journal of the Indian Chemical Society》，为开发新一代低功耗环境传感器提供了材料基础和技术路线。作者Satish S. Mandawade等特别指出，未来可通过掺杂或异质结构建进一步提升选择性和稳定性。