Adv Mater综述：单原子气体传感材料

纳米技术

2022-12-01

近些年间，单原子催化剂受到异相催化领域的广泛关注，单原子催化剂能够最大化的利用原子，并且具有独特的物理化学性质。气体传感过程是一种异相催化过程，最近单原子开始被用于气体传感的相关研究。虽然单原子催化剂在气体传感领域展示了较高应用前景，但是单原子催化剂的气体传感应用仍处于早期阶段。

有鉴于此，华东理工大学轩福贞（Fuzhen Xuan）、张博威（Bowei Zhang）等综述报道目前单原子催化剂气体传感材料的相关进展和目前发展状况。从合成方法、表征技术、气体传感性能等角度总结，对单原子气体传感材料面临的挑战和未来发展方向进行展望。这项工作为化学传感提供帮助和指导。

本文要点

（1）

合成方法。合成方法包括浸渍法、原子层沉积法、金属-有机配位法、光化学反应法、摩擦法；

表征技术。表征技术包括电子显微镜表征技术、光谱表征技术、原位/现场表征技术；

气体传感机理。从工作机理、参数、环境几个角度总结气体传感机理；对发展的单原子气体传感材料种类进行总结，包括以金属氧化物作为基底（n型氧化物、p型氧化物）、以碳材料作为基底（一维CNT、二维石墨烯）、二维材料基底（过渡金属硫化物、MXene、二维氧化物）。

（2）

未来挑战和展望。

(1) 虽然目前单原子气体传感取得许多优秀的研究结果，但是制备方法仍不成熟，难以得到高担载并且同时具有热稳定性的单原子催化剂。需要优化和改善目前的单原子催化剂合成方法技术，并且发展具有原子经济性的简单可靠普适性合成方法手段；

(2) 如何提高单原子的气体传感性能是一个需要解决的挑战。目前的相关研究一般局限于研究金属单原子的气体传感，但是非金属单原子同样起到非常重要的作用，不仅价格比金属单原子有优势，而且在催化气体环境表现更好的稳定性和抗中毒能力，是高性能气体传感器的潜在材料。与单原子催化剂相比，双原子/原子簇催化剂具有可调控的配位结构。而且，通过原子间的协同作用，双原子/原子簇能够呈现更强的催化活性，同时气体传感性质可能与单原子催化剂不同；

(3) 目前单原子催化剂的气体传感性能仍不清楚，比如仅有很少的相关研究指出单原子直接参与待测气体分子的氧化还原反应，但是大多数研究只是从金属和载体之间的电子协同作用角度进行讨论，单原子能够提高敏感层的厚度，加快电子传输。金属和载体之间的相互作用对气体敏化机制起到决定作用。因此研究单原子金属的配位元素、配位结构、环境原子的氧化还原能力对理解气体传感机理非常重要。

参考文献

Tianshu Chu, Chao Rong, Lei Zhou, Xinyuan Mao, Bowei Zhang, Fuzhen Xuan, Progress and Perspectives of Single-Atom Catalysts for Gas Sensing, Adv.  Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202206783

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206783