Preparación de catalizadores de un solo átomo para la detección de gases altamente sensibles.

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por Revista Internacional de Fabricación Extrema

Este artículo revisa la estructura y el principio de los sensores de gas basados ​​en semiconductores, los métodos de síntesis de catalizadores de un solo átomo, los mecanismos por los cuales los catalizadores de un solo átomo mejoran la sensibilidad al gas y sus aplicaciones en el campo de la detección de gases. Crédito: Por Xinxin He, Ping Guo, Xuyang An, Yuyang Li, Jiatai Chen, Xingyu Zhang, Lifeng Wang, Mingjin Dai, Chaoliang Tan y Jia Zhang.

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Este artículo revisa la estructura y el principio de los sensores de gas basados ​​en semiconductores, los métodos de síntesis de catalizadores de un solo átomo, los mecanismos por los cuales los catalizadores de un solo átomo mejoran la sensibilidad al gas y sus aplicaciones en el campo de la detección de gases. Crédito: Por Xinxin He, Ping Guo, Xuyang An, Yuyang Li, Jiatai Chen, Xingyu Zhang, Lifeng Wang, Mingjin Dai, Chaoliang Tan y Jia Zhang.

Los sensores de gas se han aplicado ampliamente en áreas como la salud médica, el monitoreo ambiental y la seguridad alimentaria. Sin embargo, los sensores de gas actuales todavía enfrentan varios desafíos, incluida la baja sensibilidad, los largos tiempos de respuesta y recuperación y la deriva de la línea base.

Publicado en International Journal of Extreme Manufacturing, el equipo del profesor Zhang del Instituto de Tecnología de Harbin introdujo de manera integral la utilización de catalizadores de un solo átomo dentro del campo de la detección de gases, proponiendo una nueva estrategia para mejorar aún más el rendimiento de los sensores de gas.

Este revisar analiza principalmente la aplicación de catalizadores de un solo átomo en el campo de la detección de gases. Específicamente, resume la estructura y los principios de los sensores de gas basados ​​en semiconductores y revisa los métodos más recientes para preparar catalizadores de un solo átomo.

También analiza los mecanismos a través de los cuales los catalizadores de un solo átomo mejoran la sensibilidad al gas desde dos perspectivas, proporcionando una descripción detallada del rendimiento de los catalizadores de un solo átomo en la detección de gases.

Los catalizadores de un solo átomo exhiben un excelente rendimiento catalítico debido a su excelente utilización atómica y propiedades fisicoquímicas únicas. Esta característica los posiciona como candidatos competitivos para materiales sensibles a los gases, ya que la función principal de los sensores de gas depende del proceso catalítico de las moléculas de gas objetivo en el material sensible.

El principio de la mayoría de los sensores de gas se basa en la reacción de las moléculas de gas con oxígeno quimisorbido en la superficie del material sensor. Esta reacción altera el número de portadores de carga dentro de la banda de conducción del material sensor, induciendo así un cambio en la resistencia del material.

Según los resultados de la investigación, la interacción entre átomos individuales y moléculas de gas puede promover reacciones de gases en la superficie de materiales sensibles. Además, las estructuras heterogéneas formadas dentro de materiales sensibles pueden facilitar significativamente la transferencia de electrones dentro del material sensor. En consecuencia, los sensores de gas basados ​​en catalizadores de un solo átomo pueden lograr una mayor sensibilidad y tiempos de respuesta más cortos.

Actualmente, los métodos de síntesis para catalizadores de un solo átomo incluyen impregnación, coprecipitación, pirólisis en un solo recipiente, deposición de capas atómicas, métodos de plantilla de sacrificio, métodos derivados de estructuras metal-orgánicas (MOF), etc.

Sin embargo, los átomos individuales tienden a agregarse en grupos durante los procesos de síntesis y utilización. Para sintetizar catalizadores de un solo átomo con alta carga y estabilidad, es necesario mejorar la interacción entre los átomos individuales y los soportes modificando el entorno de coordinación de los átomos individuales, entre otros métodos.

Más información:
Xinxin He et al, Preparación de catalizadores de un solo átomo para detección de gases de alta sensibilidad, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI: 10.1088/2631-7990/ad3316

Proporcionado por Revista Internacional de Fabricación Extrema

2024-04-22 20:40:03
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