揭示电场对氧化铈负载催化剂低温氨分解活性的调控机制及其在气体传感中的应用

为解决半导体气体传感器高能耗和低选择性的难题，研究人员通过设计金/银修饰In2O3纳米立方体，系统研究了光电效应与局域表面等离子体共振(LSPR)效应电子差异对气敏性能的影响。创新性发现敏感材料导带边缘能级与选择性的直接关联，并阐明LSPR效应通过降低电子-空穴复合率提升性能的机制，为开发室温高性能气体传感器提供了新策略。

　　

随着工业发展导致有毒气体排放激增，传统半导体气体传感器面临两大痛点：需要高温供能（功率消耗大）以及高温下物质反应活性过强导致选择性下降。如何实现室温高效检测成为领域内亟待突破的瓶颈。天津大学的研究团队独辟蹊径，利用太阳光这一清洁能源替代传统加热方式，通过贵金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)效应提升可见光利用率，相关成果发表在《Journal of Colloid and Interface Science》。

研究采用水热法和共沉淀法制备纯In₂O₃及Ag/Au修饰In₂O₃纳米立方体，结合X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表征材料特性，通过密度泛函理论(DFT)计算验证实验假设，系统比较不同波长光照下的气敏响应差异。

【Abstract】
研究发现Ag-In₂O₃和Au-In₂O₃在自然光下对甲醛表现出卓越的室温灵敏度，其响应值显著高于纯In₂O₃。

【Introduction】
突破性地提出选择性敏感材料导带边缘能级密切相关的创新理论，并通过DFT计算获得佐证。LSPR效应提升性能的本质在于金属粒子提供的传导电子降低了电子-空穴复合率。

【Characterization results】
XRD显示修饰后的In₂O₃保持立方晶系结构，UV-Vis证实Ag/Au纳米粒子在可见光区产生显著LSPR吸收峰。

【Conclusions】
该研究不仅揭示了LSPR效应增强气敏性能的物理机制，更开创性地建立了导带能级与选择性的构效关系，为开发新一代室温、低功耗、高选择性气体传感器提供了理论依据和材料设计范式。通过贵金属纳米粒子的等离子体共振特性，实现了对太阳光谱的高效利用，使传感器在环境监测、工业安全等领域的实用化迈出关键一步。