原子级别的固有电场驱动在室温下掺铁的BiOCl中对亚ppb浓度NO2的检测

《Advanced Functional Materials》：Atomic-Level Built-in Electric Field Drives Sub-ppb NO2 Detection in Fe-Doped BiOCl at Room Temperature

化学电阻传感器通过Fe掺杂BiOCl纳米花结构实现原子级内置电场，驱动Fe2+/Fe3+动态价态转换构建电场引擎，在室温下达成117 ppt超低NO?检测限，响应时间<10秒且稳定性>6个月，并成功扩展至Cu和Sn掺杂体系，验证了无线传感系统的实用性。

　　

摘要

化学电阻传感器对于实时环境监测至关重要，但传统设备存在一些固有的局限性：工作温度较高、灵敏度不足、选择性差以及长期稳定性不佳。为了解决这些问题，本文提出了一种基于原子级内置电场（BIEF）的策略，该策略采用掺铁的BiOCl（Fe-BOC）材料。在这种材料中，具有层次化纳米花结构的单组分结构能够实现电子的定向迁移。这种由不对称的Fe─O─Bi位点产生的原子级BIEF与动态的Fe²⁺/Fe³⁺价态转换协同作用，构建了一个“电场引擎”。该电场引擎促进了电子的循环流动，增强了氧的活化效果，使得NO₂的检测灵敏度达到117 ppt（十亿分之一），响应时间极快（<10秒），并且在室温下具有出色的稳定性（>6个月）。通过将这一设计扩展到Cu和Sn掺杂材料，证明了其普适性，为下一代气体传感器提供了一个可扩展的平台。此外，一个无线传感系统进一步验证了该技术的实际应用潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。