開發(fā)能夠快速、穩(wěn)定地檢測ppb范圍內(nèi)NO2濃度的氣體傳感器對于化工廠空氣質(zhì)量的實時監(jiān)測至關(guān)重要?；瘜W(xué)電阻傳感器以其高效、靈敏的特性，被廣泛應(yīng)用于NO2的檢測。但是，具有較慢的響應(yīng)恢復(fù)時間和基線電阻漂移缺點(diǎn)的化學(xué)電阻傳感器仍然是必不可少的組件，需要對其改進(jìn)以滿足實際應(yīng)用需求?；瘜W(xué)電阻傳感器的氣敏機(jī)理是基于目標(biāo)氣體與敏感層表面活性氧之間的表面反應(yīng)。因此，實現(xiàn)動力學(xué)和熱力學(xué)的同時優(yōu)化，以提高檢測NO2的化學(xué)電阻傳感器的表面反應(yīng)效率和反應(yīng)活性，對于開發(fā)具有高效率和室溫下高穩(wěn)定性的下一代NO2檢測傳感器具有實際意義。
近日，國防科技大學(xué)王應(yīng)德和王兵等通過800 °C高溫?zé)崽幚韺tSA負(fù)載在CeO2(100)和CeO2(111)的表面上，揭示了PtSA在不同晶面上的位置和活性顯著差異，以及PtSA對載體表面結(jié)構(gòu)的影響。機(jī)理探究實驗結(jié)果顯示，PtSA誘導(dǎo)表面重組并結(jié)合氧空位的空間位阻效應(yīng)構(gòu)建受阻Lewis對(FLP)形成雙活性位點(diǎn)。PtSA-CeO2(111)上PtSA和Ce3+之間不存在電子相互作用，其分別作為吸附/活化O2和NO2的活性位點(diǎn)。相反，PtSA和Ce3+之間在PtSA-(100) CeO2表面上存在強(qiáng)的電子相互作用，這是由于PtSA占據(jù)了四重空心位點(diǎn)；此外，F(xiàn)LP的構(gòu)建形成了雙活性位點(diǎn)，導(dǎo)致PtSA和Ce3+對O2和NO2的聯(lián)合吸附和活化，從而加速了靶分子和PtSA-CeO2(100)之間電子的轉(zhuǎn)移效率。理論計算進(jìn)一步揭示了反應(yīng)途徑，O2分子首先可以與光生電子反應(yīng)，在PtSA-CeO2(100)表面自發(fā)產(chǎn)生?O2?物種；然后，NO2可以被吸附并與?O2?物質(zhì)反應(yīng)生成NO3?。典型Lewis酸堿對(CLP)和FLP對NO2吸附的反應(yīng)能壘分別為0.63和?3.60 eV，表明FLP的構(gòu)建增強(qiáng)了PtSA-CeO2(100)對NO2的活化能力。此外，在O2與電子過程的反應(yīng)中，PtSA-CeO2(100)的反應(yīng)勢壘低于CeO2(100)、CeO2(111)和PtSA-CeO2(111)，并且PtSA-CeO2(100)上NO2轉(zhuǎn)化為NO3?的能壘也最低，表明SA-FLP雙活性位點(diǎn)的構(gòu)建促進(jìn)了NO2和O2的活化和反應(yīng)。因此，SA-FLP雙活性位點(diǎn)的協(xié)同作用使得NO2的快速、長期穩(wěn)定性檢測成為可能。Crystal face-dependent behavior of single-atom Pt: construct of SA-FLP dual active sites for efficient NO2 detection. Advanced Science, 2024. DOI: 10.1002/advs.202402038
