供稿：張昕
編輯：小武老師、Jiang

電化學傳感器在工業生產及生活領域中的應用非常廣泛，尤其在優化控制過程方面起到非常重要的作用。常見領域有汽車尾氣檢測、電廠工業廢氣監測、工業鍋爐以及家用壁爐的優化控制等。近幾年，使用復合材料（例如：貴金屬+金屬氧化物）電的混成電位電化學傳感器成為研究重點。近期研究人員發現相較于均勻材料分布的電，采用非均勻材料制成的電展現出了的氣敏性能和應用前景，但非均勻材料電過程以及氣敏機理一直沒有得到較為全面系統的論述。

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用技術大學（KUAS）傳感器與信息系統研究所做了新的嘗試，采用層級結構的金+鉑+氧化鋯合成電，用于混成電位型氣敏傳感器，并對其電過程和氣敏機理進行了深入研究和論證。

卡爾斯魯厄應用技術大學（KUAS）
圖片轉自網絡

實驗中采用輝光放電光譜儀和環境掃描電鏡等表征手段，同時配合穩態（開路電位法）和動態（循環伏安法）電化學方法，發現該復合電材料可以提高氣敏傳感器的靈敏度。同時實驗還揭示了這種新型層級結構電的非均勻材料分布特性，以及與電電化學性能之間的相互關聯。

本次實驗采用GD-Profiler2輝光放電光譜儀超快速剖析了電中各元素隨深度變化的情況。結果表明，電表面修飾的金層在高溫燒結后不僅僅附著在電表面，還擴散到了電內部。結合開路電位法，研究人員還發現，采用厚膜工藝制備的鉑+氧化鋯電（微米級）在表面修飾納米級別的金層后，其電化學催化性能發生了明顯改變。修飾后的電在含有一氧化碳的氣氛中呈現出混成電位特性。相較于修飾較薄金層的電，擁有較厚金層的電對一氧化碳的響應更靈敏，這是因為修飾的金層削弱了電對氧還原反應的催化性能。實驗表明：修飾的金層越厚，氧還原反應被削弱的越明顯。這一結果也得到了循環伏安法的驗證。

金+鉑+氧化鋯合成電橫截面結構示意圖

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英文原文）

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附：卡爾斯魯厄應用技術大學（傳感器與信息系統研究所）研究方向：

• 基于半導體材料的化學氣體傳感器的研究，包括氣敏機理，氣敏納米材料的合成制備，微單片陣列式傳感器器件的結構與設計，以及該型傳感器在生活及工業過程中的應用;

• 基于氧化鋯的全固態電化學傳感器及其在煙道廢氣檢測中的應用;

• 化學催化放熱式氣敏傳感器研究，包括器件設計、催化涂層材料制備及其在可燃氣體檢測中的應用

KUAS傳感器與信息系統研究所
圖片轉自網絡

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