用户前沿丨基于无铅钙钛矿CsCu2I3的可紫外切换的双模式气体传感器

阻变式气体传感器因成本低、体积小、便于集成等优势，在环境监测、食品安全与医疗诊断等领域应用广泛。然而，传统的金属氧化物阻变式气体传感器通常存在工作温度高、易受湿度干扰等局限。近年来，金属卤化物钙钛矿作为一种新型气敏材料，凭借其室温工作、环境友好、无毒稳定等优异特性，逐渐成为气体传感领域的研究热点，为高性能室温气体传感器的开发提供了新的材料平台。

近日，华东师范大学林和春团队在金属卤化物无铅钙钛矿气体传感研究中取得进展。研究团队采用机械化学研磨法，成功制备出CsCu₂I₃微晶材料，并以此为基础开发出一种可紫外光切换的双模式气体传感器。该传感器能够在单一器件中，仅通过切换紫外光的开关状态，即可对乙胺（EtNH₂）与二乙胺（Et₂NH）混合气体实现选择性识别与精准定量分析，有效解决了传统传感器阵列结构复杂、易交叉干扰的难题。这一研究为发展简便、高效的多组分气体检测技术提供了新思路。

通过机械化学研磨法成功制备了棒状CsCu₂I₃微晶，并采用PL光谱、PXRD、SEM及TEM手段对材料进行了详细的表征

Fig. 1. CsCu₂I₃微晶的表征。a)发射光谱与激发光谱；b) SEM图以及样品可见光和紫外光下的照片；c) TEM；d) PXRD；e) HTEM；f) EDS. 

研究发现，在室温条件下，CsCu₂I₃传感器对乙胺表现出良好的选择性，其中，对50 ppm的乙胺表现出瞬时衰减的p型响应，其响应值达8.74，响应时间和恢复时间分别是13秒和6秒，而对其它挥发性溶剂如甲醇、丙酮、甲苯、硫醇、二乙胺、三乙胺和氨气等则具有更小的响应，同时在1 ppm 到50 ppm的浓度区间里有很好的线下响应，传感器还表现出较好的循环和长期稳定性。

Fig. 2. CsCu₂I₃传感器的气敏响应，(a) 对不同气体的响应-恢复曲线（50 ppm）。(b) 对乙胺的连续响应曲线（1 ppm-50 ppm）。(c) 对50 ppm乙胺的重复性与长期稳定性测试曲线。(d) 对不同测试气体的雷达图分析。

更有趣的是，传感器表现出明显的光响应特性。在365 nm紫外光照射下，传感器的阻值发生瞬时降低，并且，其敏感特性会发生显著变化，虽然它对乙胺还表现出瞬时衰减响应，但响应值变小（3.16，50 ppm），但对二乙胺表现出选择性，对50 ppm二乙胺的响应值显著增加，达到了4.23（是普通条件下的133%）。基于该双模式响应特性，研究团队使用单个CsCu₂I₃传感器，发展出一种矩阵方程定量分析法，此方法在对不同比例乙胺/二乙胺混合气体的分析中表现出高准确性，测试浓度与实际浓度的偏差小于5%。

Fig.3. (a) CsCu₂I₃传感器在365 nm紫外光开关循环下的基线电阻。(b) CsCu₂I₃传感器在紫外照射下对不同气体的响应曲线。

结构与光物理分析证实CsCu₂I₃与乙胺之间存在可逆相互作用，乙胺分子通过动态电荷转移机制，诱导产生显著的光致发光猝灭现象并引起带隙减小。其传感机理遵循吸附-解吸平衡模型，在该模型中，紫外光照会加速催化氧化反应，从而实现对选择性的调控。本工作不仅深化了对无铅钙钛矿气体传感机制的理解，还为开发低成本、低功耗的单器件多分析物检测系统提供了新思路。

Fig. 4. (a) CsCu₂I₃微晶在不同挥发性有机物环境中放置5分钟后的PL光谱（100 ppm）。(b) CsCu₂I₃微晶在不同浓度乙胺（10 ppm至100 ppm）中放置5分钟后的PL光谱。(c) PL强度与乙胺浓度的线性拟合关系。(d) PL强度在乙胺吸附/解吸循环中的可逆变化。

Fig. 5. CsCu₂I₃传感器基于空心球模型的传感机理示意图。

相关工作以“UV-Switchable Dual-Mode Sensing in a Lead-Free CsCu₂I₃ Perovskite Sensor for Selective Detection of Mixed Amines”为题，发表在 Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168989）。华东师范大学物理与电子科学学院林和春教授为论文的通讯作者，本科生吴瑞和管庆毅以及研究生徐铭绩为论文的共同第一作者。该论文得到国家大学生创新创业训练计划项目的资助。