近日,陜西科技大學環境科學與工程學院(碳中和科學與技術學院)的陳慶彩教授團隊在惡臭氣體傳感器技術領域取得了重要進展,成功開發出一種基于MXene復合材料的新型氣體傳感器,能夠實現對有機胺氣體的超靈敏檢測。這一研究成果已在國際傳感領域頂級期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上發表。
有機胺作為典型的環境惡臭氣體,在化工行業、藥物合成和工業生產中廣泛應用,但其對人體健康存在潛在危害。因此,快速、準確識別和監測空氣環境中的有機胺對于保護人體健康和提高空氣質量具有重要意義。然而,現有用于檢測有機胺氣體的傳感器存在明顯局限,無法滿足高效、安全、便攜和低成本的監測需求。

針對這一挑戰,陳慶彩教授團隊利用MXene作為修飾材料,設計并制備了一種新型氣體傳感器。該傳感器在低于100攝氏度的條件下能夠穩定工作,顯著提高了傳感器的安全性與適用性。通過理論模擬,團隊發現MXene和MOFs之間形成的Ti-O-Co界面鍵是提高傳感器性能的關鍵機制。這一界面鍵不僅提高了傳感器材料的載流子遷移率,還增強了對有機胺分子的吸附能,從而有效提升了傳感器的綜合檢測性能。
實驗結果表明,該傳感器的響應時間和恢復時間平均縮短至15秒,達到了亞分鐘級的快速檢測水平。這一性能的提升使得傳感器在易燃易爆區域的空氣質量監測中表現出色,為工業安全生產和社會人類健康提供了安全、高效、便攜、低成本的解決方案。

此外,該傳感器的設計也充分考慮了實際應用中的需求。其結構簡單、易于制備和集成,適用于各種環境下的實時監測。同時,該傳感器還具有良好的穩定性和重復性,能夠在長時間的使用中保持穩定的檢測性能。
目前,該項技術已經獲得了國家發明專利授權,并有望在未來的環境監測、工業安全等領域得到廣泛應用。陳慶彩教授團隊表示,他們將繼續致力于傳感器技術的研發和創新,為推動我國環境監測和環境保護事業的發展做出更大的貢獻。
值得一提的是,陳慶彩教授和第一作者博士生劉歡所在的環境科學與工程學院(碳中和科學與技術學院)擁有多個省部級教學科研平臺,為學院的科研和教學活動提供了堅實的平臺支持。未來,學院將繼續發揮自身優勢,推動科研創新和技術轉化,為服務國家和地方戰略需求、推動行業綠色高質量發展做出更大的貢獻。
審核編輯 黃宇
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