中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，上海理工大學(xué)健康學(xué)院朱志剛教授團隊在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上發(fā)表了題為“光子激活與光熱協(xié)同效應增強MXene異質(zhì)結構對硫化氫（H2S）的檢測性能”（“Synergistic Effects of Photoactivation and Photothermal in MXene Heterostructures for the Enhanced H2S Detection Capability”）的研究成果，健康學(xué)院韓雨彤副教授和碩士生殷紫陽(yáng)為文章共同第一作者，朱志剛教授和韓雨彤副教授為共同通訊作者，上海理工大學(xué)為唯一通訊單位。該研究利用光子激活與光熱協(xié)同策略，實(shí)現了室溫氣體傳感器傳感性能的綜合提升，揭示了氣敏性能提升的內在機理，并且成功應用于食品腐敗監測和呼出氣檢測領(lǐng)域，為半導體基氣體傳感器的性能提升策略與應用提供了新的思路。
人類(lèi)健康監測（如呼出氣檢測）、有害氣體安全防控（含溫室/爆炸性氣體）及食品新鮮度檢測等領(lǐng)域需求的快速增長(cháng)，使得高性能室溫氣體傳感器研發(fā)成為全球焦點(diǎn)。盡管化學(xué)電阻式氣體傳感器經(jīng)多年研究已具備對多種氣體的高靈敏度檢測能力，但其商業(yè)化應用仍受限于選擇性不足與響應/恢復動(dòng)力學(xué)緩慢兩大關(guān)鍵瓶頸，并且化學(xué)電阻材料對特定目標氣體的響應機制仍存在顯著(zhù)的理論缺失。
為此，朱志剛教授團隊創(chuàng )新提出光子激活與光熱協(xié)同策略。通過(guò)構建MXene/PbS異質(zhì)結構，在近紅外光（NIR）輔助下高效吸收光能，促進(jìn)光生載流子分離，增強活性氧自由基（如·O2-和·OH）生成，顯著(zhù)提升硫化氫氧化效率。同時(shí)，光熱效應使材料表面局部升溫，加速氣體分子運動(dòng)，降低硫化氫活化能，提升吸附/解吸速率，該協(xié)同機制使傳感器可在室溫高效工作。利用原位紅外光譜技術(shù)揭示了性能提升的內在機理，該團隊進(jìn)一步構建了集成深度學(xué)習算法（1D-CNN/LSTM）的智能監測系統。在食品腐敗監測方面，通過(guò)監測雞蛋腐敗釋放的硫化氫，系統準確預測變質(zhì)情況。在口腔健康診斷方面，通過(guò)分析呼出氣中的硫化氫濃度，系統可實(shí)時(shí)識別口腔異味狀態(tài)，為口臭、腸胃疾病提供無(wú)創(chuàng )篩查工具。
該研究突破了室溫氣體傳感的理論與技術(shù)瓶頸。首創(chuàng )“光子激活-光熱協(xié)同”機制，利用近紅外光同時(shí)觸發(fā)MXene/PbS異質(zhì)界面高效光催化反應和原位光熱效應，實(shí)現了硫化氫分子活化能降低與反應動(dòng)力學(xué)加速，結合原位光譜和DFT模擬在微觀(guān)層面驗證了機制。所構建的智能系統在口腔診斷和食品腐敗預警中驗證了實(shí)用性，其協(xié)同機制為其它氣體檢測及低功耗物聯(lián)網(wǎng)傳感提供了通用框架。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202509735
