HORIBA海外用户简讯|德国KUAS大学提出改善电化学传感器灵敏度新思路

供稿：张昕
编辑：小武老师、Jiang

电化学传感器在工业生产及生活领域中的应用非常广泛，尤其在优化控制过程方面起到非常重要的作用。常见领域有汽车尾气检测、电厂工业废气监测、工业锅炉以及家用壁炉的优化控制等。近几年，使用复合材料（例如：贵金属+金属氧化物）电极的混成电位电化学传感器成为研究重点。近期研究人员发现相较于均匀材料分布的电极，采用非均匀材料制成的电极展现出了极佳的气敏性能和应用前景，但非均匀材料电极过程以及气敏机理一直没有得到较为全面系统的论述。

传感器

（图片来源于：https://www.lamtec.de/en）

基于此背景，2017年德国卡尔斯鲁厄应用技术大学（KUAS）传感器与信息系统研究所做了新的尝试，采用层级结构的金+铂+氧化锆合成电极，用于混成电位型气敏传感器，并对其电极过程和气敏机理进行了深入研究和论证。

卡尔斯鲁厄应用技术大学（KUAS）
图片转自网络

实验中采用辉光放电光谱仪和环境扫描电镜等表征手段，同时配合稳态（开路电位法）和动态（循环伏安法）电化学方法，发现该复合电极材料可以提高气敏传感器的灵敏度。同时实验还揭示了这种新型层级结构电极的非均匀材料分布特性，以及与电极电化学性能之间的相互关联。

本次实验采用GD-Profiler2辉光放电光谱仪超快速剖析了电极中各元素随深度变化的情况。结果表明，电极表面修饰的金层在高温烧结后不仅仅附着在电极表面，还扩散到了电极内部。结合开路电位法，研究人员还发现，采用厚膜工艺制备的铂+氧化锆电极（微米级）在表面修饰纳米级别的金层后，其电化学催化性能发生了明显改变。修饰后的电极在含有一氧化碳的气氛中呈现出混成电位特性。相较于修饰较薄金层的电极，拥有较厚金层的电极对一氧化碳的响应更灵敏，这是因为修饰的金层削弱了电极对氧还原反应的催化性能。实验表明：修饰的金层越厚，氧还原反应被削弱的越明显。这一结果也得到了循环伏安法的验证。

金+铂+氧化锆合成电极横截面结构示意图

该工作以《Mixed-potential gas sensor with layered Au,Pt-YSZ electrode: Investigating the sensing mechanism with steady state and dynamic electrochemical methods》为题，发表于Sensors and Actuators B：Chemical，原文作者为Xin Zhang/Heinz Kohler/Ulrich Guth。（扫描下方二维码可直达英文原文）

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