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我國開發新型氫氣傳感技術 可低成本實現氫氣高靈敏度檢測
2023年05月16日 11:33:33
來源：化工儀器網 作者：宋池 點擊量：5142
近日，暨南大學納米光子學研究院研究團隊研發出一種集成光催化、光傳感、光電探測功能的氫氣傳感器，探測極限達到ppm級，同時實現了低成本、高集成、零偏壓和室溫工作。
【化工儀器網 項目成果】近日，暨南大學納米光子學研究院研究團隊研發出一種集成光催化、光傳感、光電探測功能的氫氣傳感器，探測極限達到ppm級，同時實現了低成本、高集成、零偏壓和室溫工作。相關研究成果發表于Light: Science & Applications。
作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，在全球節能減排、應對氣候變化的大背景下，氫能近年來受到越來越多的關注，成為能源產業結構調整的重點發展方向。全球主要發達國家都高度重視氫能產業發展，氫能全產業鏈關鍵核心技術趨于成熟，燃料電池出貨量快速增長、成本持續下降，氫能基礎設施建設明顯提速。
但是，氫氣易燃易爆，并且在泄漏時難以被察覺，因此在氫氣的生產、運輸、儲存及使用等環節中極易產生安全事故。為保障開發利用氫能的安全性，必須要具備快速且高靈敏的氫氣傳感技術。目前市場上常用的氫氣傳感器以半導體氧化物體系與金屬鈀(鈀合金)體系的電阻型氫氣傳感器為主，只能快速地檢測到500 ppm以上的氫氣濃度，無法在泄露的初始階段及時報警，且往往需在150 ℃或更高溫度下工作。
為解決這些問題，研究團隊提出了一種光催化-光傳感-光電探測一體集成的光電型氫氣傳感器。該傳感器利用氫敏金屬等離激元耦合產生的帶內躍遷熱電子，一方面可在氫分子/金屬界面增強、加快催化斷鍵反應，另一方面可越過金屬-介質-半導體(MIS)肖特基結勢壘形成與氫分子濃度相關的光電流信號，進而實現單片集成的高靈敏、低延時的氫氣傳感。更有趣的是，該技術的高靈敏性還得益于氫氣環境下MIS結界面多物理機理協同作用，通過氫誘導界面極化層的熱電子輸運調制效應使器件可在0 V偏壓下獲得極高的響應開關比。
我國是世界上最大的制氫國，國內氫能產業呈現積極發展態勢，已初步掌握氫能制備、儲運、加氫、燃料電池和系統集成等主要技術和生產工藝，在部分區域實現燃料電池汽車小規模示范應用。但總體看，我國氫能產業仍處于發展初期，需要在技術裝備水平方面加強創新，支撐產業發展。暨南大學研究團隊的這項成果為氫氣檢測提供了低成本且高靈敏度的解決方案，在氫能汽車、氫燃料電池存儲站等領域都有著巨大的應用市場，能夠推動我國氫能產業的發展。
研究人員表示，下一步將從光學、電學和材料學角度出發，進一步提升氫氣傳感器的性能，以便達到更低的檢測極限、以及更快的響應速度，使傳感器在核電站這種級別的場景都有用武之地。另一方面，研究團隊還打算把本次發現的新機制用于碳基氣體等其他氣體的檢測，以便更好地適應國家的“雙碳”戰略。
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