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安光所开发出对石化等应用场景适应度更高的H2S传感器

来源:安徽光机所2021-04-08 我要评论(0 )   

近日,安徽光机所激光中心方晓东、孟钢研究员团队研发出低温抗湿度干扰,对石化等监测应用场景适应度更高的硫化氢(H2S)传感器。H2S是一种易燃、易爆、有腐蚀性的窒息...

近日,安徽光机所激光中心方晓东、孟钢研究员团队研发出低温抗湿度干扰,对石化等监测应用场景适应度更高的硫化氢(H2S)传感器。

H2S是一种易燃、易爆、有腐蚀性的窒息性剧毒气体,可能存在于石油开采、石油提炼、天然气井、矿井、造纸、印染、制药、污水处理等多个行业。全国因H2S泄露导致的中毒事故时有发生,进一步强化H2S的监测预警至关重要。

尽管金属氧化物半导体型H2S传感器具有尺寸小、功耗低、易于布网等优点,但绝大部分H2S传感器需要在较高的工作温度(~150 – 350 °C)下工作,限制了其在天然气、石化、矿井等易燃易爆场所的应用。此外,环境中动态变化的水汽(极性分子,浓度102 – 105 ppm)常会占据氧化物半导体(如SnO2、ZnO等)传感器表面活性位点,常导致传感器灵敏度的下降及(H2S)选择性的丧失。

为解决上述问题,安徽光机所团队采用具有疏水特性的(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7(SBO)为母体材料,复合10 mol% ZnO,形成SBO/ZnO n-n异质结复合传感器。该复合材料不仅继承了SBO优异的疏水特性,削弱了环境中极性水分子在传感器表面的吸附作用,使器件具有优异的抗湿度干扰特性,同时ZnO在较低温(75℃,低于国际电工委员会最苛刻的T6等级温度—85℃)表面硫化后,表面生成的ZnS会通过ZnO向SBO注入大量载流子,使复合器件具有优异的选择性、高响应(10 ppm H2S灵敏度为107.6)和低检测限(~20 ppb)。此外,器件出色的长期稳定性(96天后响应下降约3%)为氧化物半导体型H2S传感器在石化、天然气、矿井等多领域的实际应用奠定了重要基础。

相关成果以“基于(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7/ZnO异质结的新型高性能低温H2S气体传感器”为题,发表于Journal of Hazardous Materials杂志上。

以上研究工作由国家自然科学基金、中科院国际合作及合肥研究院安徽光机所相关项目资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.12550

图 SBO/ZnO传感器气敏响应特性:

(a)选择性;(b)长期稳定性;(c)湿度依赖性;(d)本工作与现有H2S传感器的工作温度及灵敏度对比,背景为IEC防爆等级T3-T6。


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传感器方晓东

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