近日，陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（碳中和科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）的陳慶彩教授團(tuán)隊(duì)在惡臭氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，成功開(kāi)發(fā)出一種基于MXene復(fù)合材料的新型氣體傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有機(jī)胺氣體的超靈敏檢測(cè)。這一研究成果已在國(guó)際傳感領(lǐng)域頂級(jí)期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上發(fā)表。

有機(jī)胺作為典型的環(huán)境惡臭氣體，在化工行業(yè)、藥物合成和工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但其對(duì)人體健康存在潛在危害。因此，快速、準(zhǔn)確識(shí)別和監(jiān)測(cè)空氣環(huán)境中的有機(jī)胺對(duì)于保護(hù)人體健康和提高空氣質(zhì)量具有重要意義。然而，現(xiàn)有用于檢測(cè)有機(jī)胺氣體的傳感器存在明顯局限，無(wú)法滿(mǎn)足高效、安全、便攜和低成本的監(jiān)測(cè)需求。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，陳慶彩教授團(tuán)隊(duì)利用MXene作為修飾材料，設(shè)計(jì)并制備了一種新型氣體傳感器。該傳感器在低于100攝氏度的條件下能夠穩(wěn)定工作，顯著提高了傳感器的安全性與適用性。通過(guò)理論模擬，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MXene和MOFs之間形成的Ti-O-Co界面鍵是提高傳感器性能的關(guān)鍵機(jī)制。這一界面鍵不僅提高了傳感器材料的載流子遷移率，還增強(qiáng)了對(duì)有機(jī)胺分子的吸附能，從而有效提升了傳感器的綜合檢測(cè)性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感器的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間平均縮短至15秒，達(dá)到了亞分鐘級(jí)的快速檢測(cè)水平。這一性能的提升使得傳感器在易燃易爆區(qū)域的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中表現(xiàn)出色，為工業(yè)安全生產(chǎn)和社會(huì)人類(lèi)健康提供了安全、高效、便攜、低成本的解決方案。

此外，該傳感器的設(shè)計(jì)也充分考慮了實(shí)際應(yīng)用中的需求。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制備和集成，適用于各種環(huán)境下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，該傳感器還具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性，能夠在長(zhǎng)時(shí)間的使用中保持穩(wěn)定的檢測(cè)性能。

目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，并有望在未來(lái)的環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。陳慶彩教授團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)致力于傳感器技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，為推動(dòng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

值得一提的是，陳慶彩教授和第一作者博士生劉歡所在的環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院（碳中和科學(xué)與技術(shù)學(xué)院）擁有多個(gè)省部級(jí)教學(xué)科研平臺(tái)，為學(xué)院的科研和教學(xué)活動(dòng)提供了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)支持。未來(lái)，學(xué)院將繼續(xù)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)科研創(chuàng)新和技術(shù)轉(zhuǎn)化，為服務(wù)國(guó)家和地方戰(zhàn)略需求、推動(dòng)行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

審核編輯 黃宇