廣東
近日，江蘇大學喬冠軍教授團隊在Advanced Materials期刊上發表題為“La Doped Mullite Bi?Fe?O? Chemiresistive Gas Sensor for Ultra High Selective Detection of Ethylene Glycol”的研究成果。材料學院博士生趙玉立為論文第一作者，材料學院劉桂武教授、喬冠軍教授及機械學院青年教師王明淵博士為通訊作者。
乙二醇（EG）作為關鍵的防凍劑和化學合成前驅體，其蒸氣的高效檢測對工業安全與環境監測具有重要意義。然而，現有傳感器普遍存在選擇性差、穩定性不足等問題。針對EG揮發性低、吸濕性強等特性，該研究通過缺陷工程與數據驅動策略，開發出兼具高選擇性、高穩定性和超低檢測限的EG傳感器，并進一步集成了可穿戴智能監測系統。
莫來石型Bi?Fe?O?具有無毒、成本低、熱穩定性和化學穩定性好等優點，在可持續電子器件領域頗具潛力；其結構中的有序氧空位通道也為氣體傳感提供了有利條件。該研究以Bi?Fe?O?為基底，通過高通量DFT計算，基于最小形成能篩選出結構穩定的La摻雜Bi?Fe?O?（La-Bi?Fe?O?），并利用分子動力學模擬進一步驗證了其穩定性。隨后，采用一步水熱法制備了La-Bi?Fe?O?材料。借助原子分辨率成像、微化學分析與DFT計算，研究證實La均勻摻雜于Bi位，有效提升了材料表面氧空位濃度和氣體吸附能力。氣敏性能測試表明，5%La摻雜的Bi?Fe?O?（BLFO-5）傳感器對EG表現出超高選擇性、優異的重現性和長期穩定性，同時實現了極低的實際和理論檢測限。
結合原位紅外與DFT計算，研究進一步揭示了EG在材料表面的催化氧化路徑：La摻雜促進EG脫氫生成*CH?OHCH?O中間體，繼而經Langmuir-Hinshelwood途徑完全氧化為CO?。最后，基于ESP32-C3微控制器構建了可穿戴實時氣體監測平臺，并在實際環境中結合深度學習算法，將氣體識別準確率提升至96.8%。
該研究發展的高性能EG蒸氣檢測技術，可精準監測設施農業防凍系統、養殖場供暖設備的EG泄漏及EG基農藥揮發，為防范土壤、作物及水源污染，保障人員與畜禽安全，提供了創新技術方案，有助于提升農業生產合規性與食品安全管控水平。
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