综述：燃料电池型传感器在海洋工业活动污染气体检测中的应用

（编辑推荐）本综述系统探讨了燃料电池型传感器（FCTSs）在海洋工业污染气体检测中的独特优势，其基于燃料电池原理，具备零能耗、耐湿、低温运行等特性，克服了金属氧化物半导体（MOS）型、光学型等传感器的局限性。文章聚焦H2S、NOx等有毒气体检测，提出通过过渡金属氮化物（TMNs）、单原子催化剂（SACs）等材料优化性能，为海洋环境安全监测提供新思路。

　　

Fuel cell-type sensors for the detection of pollution gases from marine industrial activities

Abstract
海洋工业活动（如海上石油开采和航运）排放的污染气体兼具易燃、易爆和毒性，严重威胁人员安全并加剧环境污染。传统传感器如金属氧化物半导体（MOS）型、光学型和燃烧型传感器受限于高温运行、湿度敏感性和复杂设计，难以适应高湿、易爆的海洋环境。相比之下，燃料电池型传感器（FCTSs）凭借燃料电池原理，展现出高灵敏度、零能耗、耐湿、低温运行和低成本等优势。然而，FCTSs仍存在检测范围窄、贵金属催化剂成本高及活性衰减等问题。通过开发高性能气敏材料（如过渡金属氮化物TMNs、单原子催化剂SACs）及深化理论计算，FCTSs有望成为海洋环境气体监测的理想工具。

Introduction
海洋污染气体主要来源于海上石油开采伴生气（含CH₄、H₂、CO₂等）和船舶柴油机排放（NO_x、SO₂等），这些气体不仅加速温室效应，还导致呼吸系统疾病和心血管风险。实时监测技术对保障人员健康和作业稳定至关重要。当前传感器技术中，MOS型需高温工作，光学型设计复杂，而FCTSs的低温和耐湿特性使其在海洋环境中独具潜力。

Fuel cell-type sensors
FCTSs与燃料电池结构相似，但无需外接电源，通过气体在电极表面的电化学反应产生信号。其核心优势包括：

• 低温操作：可在零下温度工作，适合极地航运监测；
• 抗湿度干扰：固态电解质避免液态电解质的蒸发问题；
• 成本可控：采用非贵金属催化剂（如MXenes、MOFs）可降低材料成本。

Comparison with other sensors
以H₂S（还原性）和NO₂（氧化性）为例，FCTSs的灵敏度比MOS型高10倍，响应时间快于光学传感器。但检测范围（通常为ppm级）窄于燃烧型传感器，需通过ORR活性催化剂优化扩展。

Feasibility in marine environments
FCTSs的耐盐雾腐蚀和抗振动特性使其适配船舶和石油平台场景。案例显示，采用SACs的FCTSs在90%湿度下对H₂S的检测限低至0.1 ppm，优于传统电化学传感器。

Summary
FCTSs为海洋污染气体监测提供了革新方案，未来研究需聚焦：

1. 开发宽量程、低成本的TMNs/TMDs催化剂；
2. 通过密度泛函理论（DFT）计算揭示气敏机制；
3. 构建适用于高湿度、多干扰环境的传感器阵列。

CRediT authorship contribution statement
作者团队明确了FCTSs在海洋应用的突破方向，为环境监测技术发展提供了理论支撑。

Declaration of competing interest
无利益冲突声明。