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HORIBA海外用戶簡訊|德國KUAS大學(xué)提出改善電化學(xué)傳感器靈敏度新思路
供稿：張昕
編輯：小武老師、Jiang
電化學(xué)傳感器在工業(yè)生產(chǎn)及生活領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，尤其在優(yōu)化控制過程方面起到非常重要的作用。常見領(lǐng)域有汽車尾氣檢測、電廠工業(yè)廢氣監(jiān)測、工業(yè)鍋爐以及家用壁爐的優(yōu)化控制等。近幾年，使用復(fù)合材料（例如：貴金屬+金屬氧化物）電極的混成電位電化學(xué)傳感器成為研究重點(diǎn)。近期研究人員發(fā)現(xiàn)相較于均勻材料分布的電極，采用非均勻材料制成的電極展現(xiàn)出了極佳的氣敏性能和應(yīng)用前景，但非均勻材料電極過程以及氣敏機(jī)理一直沒有得到較為全面系統(tǒng)的論述。
傳感器
（圖片來源于：https://www.lamtec.de/en）
基于此背景，2017年德國卡爾斯魯厄應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（KUAS）傳感器與信息系統(tǒng)研究所做了新的嘗試，采用層級(jí)結(jié)構(gòu)的金+鉑+氧化鋯合成電極，用于混成電位型氣敏傳感器，并對(duì)其電極過程和氣敏機(jī)理進(jìn)行了深入研究和論證。
卡爾斯魯厄應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（KUAS）
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實(shí)驗(yàn)中采用輝光放電光譜儀和環(huán)境掃描電鏡等表征手段，同時(shí)配合穩(wěn)態(tài)（開路電位法）和動(dòng)態(tài)（循環(huán)伏安法）電化學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合電極材料可以提高氣敏傳感器的靈敏度。同時(shí)實(shí)驗(yàn)還揭示了這種新型層級(jí)結(jié)構(gòu)電極的非均勻材料分布特性，以及與電極電化學(xué)性能之間的相互關(guān)聯(lián)。
本次實(shí)驗(yàn)采用GD-Profiler2輝光放電光譜儀超快速剖析了電極中各元素隨深度變化的情況。結(jié)果表明，電極表面修飾的金層在高溫?zé)Y(jié)后不僅僅附著在電極表面，還擴(kuò)散到了電極內(nèi)部。結(jié)合開路電位法，研究人員還發(fā)現(xiàn)，采用厚膜工藝制備的鉑+氧化鋯電極（微米級(jí)）在表面修飾納米級(jí)別的金層后，其電化學(xué)催化性能發(fā)生了明顯改變。修飾后的電極在含有一氧化碳的氣氛中呈現(xiàn)出混成電位特性。相較于修飾較薄金層的電極，擁有較厚金層的電極對(duì)一氧化碳的響應(yīng)更靈敏，這是因?yàn)樾揎椀慕饘酉魅趿穗姌O對(duì)氧還原反應(yīng)的催化性能。實(shí)驗(yàn)表明：修飾的金層越厚，氧還原反應(yīng)被削弱的越明顯。這一結(jié)果也得到了循環(huán)伏安法的驗(yàn)證。
金+鉑+氧化鋯合成電極橫截面結(jié)構(gòu)示意圖
該工作以《Mixed-potential gas sensor with layered Au,Pt-YSZ electrode: Investigating the sensing mechanism with steady state and dynamic electrochemical methods》為題，發(fā)表于Sensors and Actuators B：Chemical，原文作者為Xin Zhang/Heinz Kohler/Ulrich Guth。（掃描下方二維碼可直達(dá)英文原文）
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附：卡爾斯魯厄應(yīng)用技術(shù)大學(xué)（傳感器與信息系統(tǒng)研究所）研究方向：
基于半導(dǎo)體材料的化學(xué)氣體傳感器的研究，包括氣敏機(jī)理，氣敏納米材料的合成制備，微單片陣列式傳感器器件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，以及該型傳感器在生活及工業(yè)過程中的應(yīng)用;
基于氧化鋯的全固態(tài)電化學(xué)傳感器及其在煙道廢氣檢測中的應(yīng)用;
化學(xué)催化放熱式氣敏傳感器研究，包括器件設(shè)計(jì)、催化涂層材料制備及其在可燃?xì)怏w檢測中的應(yīng)用。
KUAS傳感器與信息系統(tǒng)研究所
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