物理科学学院张军和刘相红教授团队在Nano Letter发表最新研究成果

新闻网讯 近日，物理科学学院张军教授团队在室温气体传感器机理研究领域取得重要进展，相关研究成果以“Mechanistic Insights into NO₂Sensing at Room Temperature: Oxygen Vacancy Dynamics Revealed by In-Situ Optoelectronic Characterization”为题，发表在国际顶级期刊 Nano Letter。第一作者为博士后李季，张军教授与刘相红教授为通讯作者。

随着物联网和便携式电子设备的飞速发展，对低功耗室温气体传感器的需求日益迫切。然而，传统室温传感器普遍面临灵敏度低、响应恢复慢等挑战，其核心原因在于传感过程中材料表面缺陷、气体分子与环境间的复杂相互作用机制尚不明确。该工作创新性地利用可见光照射调控氧化铟（In₂O₃）材料表面的氧空位浓度，并通过一系列先进的原位光谱技术（如原位Raman、DRIFTS），在原子/分子层面实时观测了传感过程中氧空位的动态生成与演化过程。研究发现，光照下产生的“光激发氧空位”，而非传统认为的光生电子-空穴对，是主导室温NO₂传感性能提升的关键因素。这些氧空位作为活性中心，不仅能增强NO₂的化学吸附，还能通过调控表面电荷转移显著降低反应能垒，从而使传感器在室温下对低浓度NO₂表现出超高灵敏度、超快响应/恢复速度以及优异的长期稳定性和选择性。该研究不仅揭示了光激发下氧空位动态演化对提升传感器性能的关键作用，同时阐明了光-缺陷-气体三者相互作用的微观机制，建立起一套缺陷介导的表面反应通用研究框架。这为面向环境监测、智能家居、可穿戴设备等领域的高性能、低能耗光电气体传感器，指明了材料设计与性能优化的方向。此外，该研究成果也对催化、电子器件等多个前沿领域具有重要的借鉴意义。

该研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者计划以及山东省博士后科学基金的资助。