Cu1-xNixMnCoO4传感电极在Ce0.8Gd0.2O1.95基混合电位型痕量H2S传感器中的创新应用

针对痕量H2S检测的灵敏度与检出限难题，研究人员通过溶胶-凝胶法制备Cu1-xNixMnCoO4（x=0.3-0.6）传感电极，构建Ce0.8Gd0.2O1.95基混合电位传感器。当x=0.5时，传感器对1 ppm H2S响应达-95 mV（450℃），检出限低至20 ppb，兼具抗湿性与选择性，为工业安全与医疗诊断提供新方案。

　　

氢硫化氢（H₂S）既是工业危险气体又是人体呼出气中的疾病标志物，其检测需兼顾高灵敏度（<50 ppb）与快速响应。现有传感器面临检出限高（>83 ppb）、响应值低（<-50 mV）等挑战。吉林大学电子科学与工程学院的研究团队通过调控尖晶石氧化物Cu_1-xNi_xMnCoO₄的A位Ni掺杂比例，开发出基于Ce_0.8Gd_0.2O_1.95（GDC）固体电解质的混合电位型传感器，成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

研究采用溶胶-凝胶法合成Cu_1-xNi_xMnCoO₄传感材料，通过X射线衍射（XRD）确认尖晶石结构，利用电化学工作站测试传感器性能。

主要结果

1. 材料表征：XRD显示所有样品均呈现典型尖晶石结构（2θ=18.58°-63.74°），Ni掺杂促进Cu²⁺含量提升，优化电化学反应动力学。
2. 性能优化：x=0.5时（Cu_0.5Ni_0.5MnCoO₄）传感器响应值最高（-95 mV@1 ppm H₂S），较未掺杂材料提升112%，归因于Ni²⁺与Co³⁺协同增强氧空位浓度。
3. 痕量检测：最低检出限达20 ppb，覆盖0.02-10 ppm范围，满足ACGIH安全标准（<10 ppm）和医疗诊断需求（健康人<16 ppb）。
4. 环境适应性：在60%湿度下响应波动<5%，对CH₄、NO₂等干扰气体的选择性系数>8.3。

结论与意义
该研究通过A/B位双金属掺杂策略，首次实现GDC基传感器对ppb级H₂S的高效检测。Cu_0.5Ni_0.5MnCoO₄中Cu²⁺/Cu⁺氧化还原对的调控显著提升界面电化学反应速率，为危险气体监测和呼气诊断提供了新型器件设计思路。