单晶CuV2O6纳米棒的可控制备及其在高效电化学H2S传感中的应用

研究人员针对工业有毒气体H2S检测的灵敏度与选择性难题，开发了通过酸碱沉淀-热退火法制备单晶CuV2O6纳米棒的新策略。该材料展现出2.65 nA μM?1的高灵敏度和0.699 μM的检测限，为开发高性能电化学传感器提供了创新材料基础。

　　

论文解读：

在石油冶炼、天然气开采等工业场景中，无色剧毒的氢硫化氢(H₂S)如同隐形杀手——浓度低至100 nM即可损伤嗅觉神经，长期暴露更会导致肝硬化等严重疾病。尽管金属氧化物半导体传感器因成本低廉被广泛应用，但现有材料对H₂S的检测灵敏度与选择性仍难兼得。更棘手的是，传统水热法合成铜钒氧化物(CuV₂O₆)耗时长达12小时以上，且产物结晶度不理想。这一矛盾促使韩国基础科学研究所(Korea Basic Science Institute)的Myung Hwa Kim团队另辟蹊径，开发出通过室温酸碱沉淀结合550℃热退火的"两步法"，成功制备出具有原子级规整结构的单晶CuV₂O₆纳米棒。

研究团队采用SEM、XRD等技术表征材料形貌，通过电化学工作站测试传感性能。关键发现包括：1）热退火促使Cu(OH)₂/V(OH)₃前驱体脱水结晶，形成宽度200-300 nm、长度4 μm的纳米棒；2）独特的单晶结构赋予材料2.6倍于多晶样品的电化学活性面积(ESA)；3）在干扰气体(CO、NO等)存在时，传感器对H₂S仍保持高度特异性响应。

【物理表征】扫描电镜显示纳米棒呈现棱角分明的六方柱状形态，X射线衍射证实其为纯相β-CuV₂O₆结构。透射电镜选区电子衍射(SAED)图案中清晰的衍射斑点，验证了产物的单晶特性。

【电化学性能】在0.1 M PBS缓冲液中，修饰电极对H₂S的氧化电流响应呈现典型浓度梯度关系。通过塔菲尔斜率分析发现，纳米棒表面H₂S氧化反应活化能比多晶材料降低37%，这归因于单晶结构中更高效的电荷传输路径。

这项发表于《Journal of Alloys and Compounds》的研究，首次揭示了CuV₂O₆单晶纳米棒作为H₂S传感材料的巨大潜力。相比传统工艺，新方法将合成时间缩短至4小时，且无需复杂模板剂。更重要的是，材料优异的电催化性能使其检测限达到亚微摩尔级，为工业环境实时监测提供了新方案。未来通过调控钒元素的混合价态(+4/+5)，有望进一步优化材料对特定气体的识别能力。