二氧化氮（NO?）是大氣環(huán)境和工業(yè)場景中的典型有害氣體，對人體呼吸系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境具有潛在危害。現(xiàn)有室溫二氧化氮傳感器普遍面臨靈敏度不足、響應(yīng)較慢和選擇性有限等問題，因此亟需發(fā)展低功耗、高靈敏、可在室溫下工作的痕量氣體傳感技術(shù)。
中國科學(xué)院聲學(xué)研究所王文研究員團(tuán)隊近期提出了一種鉑納米簇與聲表面波（SAW）器件協(xié)同增強的高靈敏二氧化氮傳感新方法。研究將平均尺寸約2.4 nm的鉑納米簇均勻負(fù)載于氧化石墨烯表面，并作為敏感薄膜集成到200 MHz SAW延遲線器件中。鉑納米簇可提供豐富的活性位點，增強二氧化氮吸附、催化活化和電荷轉(zhuǎn)移；SAW器件則通過質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)和聲電耦合效應(yīng)，將氣體吸附過程轉(zhuǎn)化為可測量的電信號。
圖1 鉑納米簇/氧化石墨烯聲表面波二氧化氮傳感器結(jié)構(gòu)與機理
試驗結(jié)果表明，該傳感器在室溫下可實現(xiàn)20ppb的超高靈敏二氧化氮檢測，靈敏度為45.4 mV/ppm，理論檢測限可達(dá)~6 ppb，傳感器的響應(yīng)速度為~50 s，并對氫氣、氨氣、甲烷、乙炔和一氧化氮等常見干擾氣體表現(xiàn)出良好選擇性。經(jīng)過30天存放后，器件仍保持90.5%的初始響應(yīng)，顯示出較好的重復(fù)性和長期穩(wěn)定性。
圖2 鉑納米簇/氧化石墨烯SAW傳感器的二氧化氮檢測性能
該研究成果以“Synergistic enhancement of room-temperature NO? sensing by Pt nanoclusters and SAW device”為題發(fā)表于微納米器件領(lǐng)域內(nèi)頂級學(xué)術(shù)期刊Nano Research。中國科學(xué)院聲學(xué)研究所楊啟明和金晶為共同第一作者，金晶和王文研究員為共同通訊作者，胡安宇、崔柏樂、薛蓄峰和梁勇為論文合作者。該工作為微尺度高靈敏二氧化氮檢測的提供了新方案。本研究得到國家重點研發(fā)計劃（2024YFE0199800）資助。
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https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908693
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