协同调控T-Nb2O5/BiOBr异质结构的构建及其超灵敏ppb级H2S气敏性能研究

为解决工业有毒气体H2S的低浓度检测难题，研究人员通过水热法构建了T-Nb2O5/BiOBr p-n异质结传感器。该材料在150°C下对40 ppm H2S响应值达1028（Ra/Rg），检测限低至3.0 ppb，其性能提升源于氧空位(VO••)和二维形貌的协同效应，为环境监测提供了新型敏感材料。

　　

随着石油化工和采矿业的快速发展，硫化氢（H₂S）这种具有臭鸡蛋气味的剧毒气体，已成为威胁工业安全和公众健康的重要隐患。据世界卫生组织统计，长期暴露于10 ppm浓度的H₂S就会导致神经系统损伤，而300 ppm的瞬时暴露即可致命。传统气体传感器难以实现ppb级检测，且存在响应慢、选择性差等瓶颈。

江苏大学材料科学与工程学院的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表创新成果，通过精确控制水热合成温度（180°C/18小时），成功制备出正交相T-Nb₂O₅纳米片与BiOBr纳米板的异质结构。该研究突破性地将检测灵敏度提升4.8倍，首次实现3 ppb的超低检测限，为工业环境监测提供了革命性解决方案。

关键技术包括：1）水热法调控Nb₂O₅晶相转变，获得正交相T-Nb₂O₅；2）XPS表征证实氧空位(V_O^••)的存在；3）TEM揭示二维异质界面结构；4）UV-DRS测定2.9-3.1 eV带隙；5）动态配气系统测试0.1-80 ppm浓度响应。

【物理、形态和结构分析】
FTIR在510 cm^-1处检出Nb-O键特征峰，XRD证实纯相正交结构（2θ=22.6°）。SEM显示BiOBr纳米板均匀负载于T-Nb₂O₅表面，比表面积达48.6 m²/g，PL光谱证明载流子分离效率提升。

【气敏性能】
在150°C工作温度下，异质结对40 ppm H₂S的响应值达1028（R_a/R_g），远超纯相T-Nb₂O₅（214）。3 ppb检测限比OSHA标准低3000倍，且对NO_x/VOCs的选择性系数＞15。

【结论】
该研究通过构建p-n异质结和调控氧空位，解决了单相Nb₂O₅灵敏度不足的难题。Adil Shafi Ganie等提出的"协同受体-转导"机制表明：BiOBr的层状结构促进气体扩散，而Nb₂O₅的氧缺陷增强了表面吸附，二者协同使电子转移效率提升82%。这项技术为开发新一代智能气体传感器提供了理论依据和材料基础。