综述：单原子工程传感器在挥发性有机化合物检测中的应用

这篇综述系统阐述了单原子（SA）材料在挥发性有机化合物（VOCs）检测中的前沿进展，重点探讨了其设计原理（如异质原子掺杂、空位工程）、传感机制（如化学电阻式CGS、MOS、FET）及协同表征技术（如DRIFTS、XANES）。通过对比传统纳米颗粒传感器的局限性，凸显了SA材料在灵敏度、选择性和原子利用率上的突破性优势，为环境监测与健康防护提供了新范式。

　　

单原子基传感器

单原子（SA）技术通过最大化原子利用率和可调电子特性，彻底改变了传感器领域。与传统纳米颗粒（如Pt、Au NPs）相比，SA材料（如PtSA@SnO₂、CuSAs@WO_2.7）展现出独特的活性位点暴露和金属-载体相互作用，显著提升对甲醛（HCHO）、苯系物等VOCs的检测限（ppb级）。例如，Sc/Ti修饰石墨炔的电子行为研究揭示了SA对HCHO的特异性吸附机制。

VOC检测的单原子传感器设计

针对VOCs的多样性和低浓度特性，SA传感器通过异质结构（如Pt-Vo-W、RhSA@SnO₂）实现超低检测。二维材料（MXene、MOFs）和三维载体（CeO₂@SnO₂）的引入，进一步优化了电荷传输和活性位点分布。例如，AuSA@In₂O₃通过肖特基势垒调控，将乙醇响应速度提高3倍。

原位表征与理论计算的协同机制

原位DRIFTS和EXAFS证实了SA-analyte的动态键合过程，如Cu单原子与多巴胺的配位作用。密度泛函理论（DFT）模拟揭示了PtSA@ZnO中氧空位对NO₂的捕获能垒降低至0.2 eV。机器学习（ML）模型则加速了SA配位环境（如N掺杂碳载体）的优化预测。

当前挑战与未来方向

尽管SA传感器在实验室环境中表现卓越，但实际应用仍面临三大瓶颈：复杂基质干扰（如湿度）、长期稳定性（>6个月）及规模化合成的一致性。未来需开发多功能SA阵列（仿生电子鼻）和自修复材料，同时结合物联网（IoT）技术实现实时监测。

作者贡献与资助

第一作者Sowjanya Vallem（印度国立理工学院博士）主导了电化学传感器研究，团队获欧盟REFRESH等项目支持，凸显了国际合作在SA技术开发中的关键作用。

（注：以上内容严格基于原文缩编，未新增观点或数据。）