Preparação de catalisadores de átomo único para detecção de gás altamente sensível
Este artigo revisa a estrutura e o princípio dos sensores de gás baseados em semicondutores, os métodos de síntese de catalisadores de átomo único, os mecanismos pelos quais os catalisadores de átomo único aumentam a sensibilidade do gás e suas aplicações no campo da detecção de gás. Crédito:Por Xinxin He, Ping Guo, Xuyang An, Yuyang Li, Jiatai Chen, Xingyu Zhang, Lifeng Wang, Mingjin Dai, Chaoliang Tan e Jia Zhang. Sensores de gás têm sido amplamente aplicados em áreas como saúde médica, monitoramento ambiental e segurança alimentar. No entanto, os sensores de gás atuais ainda enfrentam vários desafios, incluindo baixa sensibilidade, longos tempos de resposta e recuperação e desvio da linha de base.
Publicado no Jornal Internacional de Fabricação Extrema , A equipe do Prof. Zhang do Harbin Institute of Technology introduziu de forma abrangente a utilização de catalisadores de átomo único no campo de detecção de gás, propondo uma nova estratégia para melhorar ainda mais o desempenho dos sensores de gás.
Esta revisão discute principalmente a aplicação de catalisadores de átomo único no campo da detecção de gases. Especificamente, resume a estrutura e os princípios dos sensores de gás baseados em semicondutores e analisa os métodos mais recentes para a preparação de catalisadores de átomo único.
Ele também analisa os mecanismos através dos quais os catalisadores de átomo único aumentam a sensibilidade ao gás a partir de duas perspectivas, fornecendo uma visão geral detalhada do desempenho dos catalisadores de átomo único na detecção de gás.
Os catalisadores de átomo único exibem excelente desempenho catalítico devido à sua excelente utilização atômica e propriedades físico-químicas únicas. Esta característica os posiciona como candidatos competitivos para materiais sensíveis a gases, já que a função central dos sensores de gás depende do processo catalítico das moléculas de gás alvo no material sensível.
O princípio da maioria dos sensores de gás é baseado na reação das moléculas de gás com o oxigênio quimicamente absorvido na superfície do material sensor. Esta reação altera o número de portadores de carga dentro da banda de condução do material sensor, induzindo assim uma mudança na resistência do material.
De acordo com os resultados da pesquisa, a interação entre átomos individuais e moléculas de gás pode promover reações de gases na superfície de materiais sensíveis. Além disso, as estruturas heterogêneas formadas dentro de materiais sensíveis podem facilitar significativamente a transferência de elétrons dentro do material sensor. Consequentemente, sensores de gás baseados em catalisadores de átomo único podem atingir maior sensibilidade e tempos de resposta mais curtos.
Atualmente, os métodos de síntese para catalisadores de átomo único incluem impregnação, co-precipitação, pirólise de um recipiente, deposição de camada atômica, métodos de modelo de sacrifício, métodos derivados de estruturas metal-orgânicas (MOFs), etc.
No entanto, átomos únicos tendem a agregar-se em aglomerados durante os processos de síntese e utilização. Para sintetizar catalisadores de átomo único com alta carga e estabilidade, é necessário melhorar a interação entre átomos individuais e suportes, modificando o ambiente de coordenação de átomos individuais, entre outros métodos.
Além disso, a seleção de materiais sensíveis a gases para um gás específico depende de resultados experimentais e carece de orientação teórica. A investigação dos mecanismos pelos quais átomos únicos melhoram o desempenho da detecção de gases pode facilitar a compreensão dos sítios ativos, estabelecendo assim uma base teórica para o projeto racional de materiais sensíveis a gases.
Como materiais sensíveis a gases, os catalisadores de átomo único possuem as vantagens de baixos limites de detecção e alta seletividade, tornando-os um material promissor com amplas perspectivas de aplicação. Espera-se que façam contribuições significativas para melhorar ainda mais a sensibilidade e a seletividade dos sensores de gás.
Além disso, é altamente provável que facilitem o desenvolvimento de sensores de gás de alto desempenho operando em ambientes especiais, como baixa temperatura, baixa pressão e condições livres de oxigênio.
