前沿！量子点将如何推动化学气体传感器的未来发展？

　　什么是量子点？

　　量子点（QD）是半导体纳米粒子，可提供广泛的光学和电子特性。QD的光电特性通常取决于这些纳米粒子的大小（通常在1.5纳米和10纳米的范围内）以及它们的总体组成。

　　由于其独特的特性，包括但不限于光稳定性，高消光系数和亮度以及较大的斯托克斯位移，其量子点可以成功地整合到几种不同的电子和生物医学设备中。

　　对于传感设备，由于其独特的发光和电子特性，QD的一些最常见的应用包括基于碳和石墨烯（GQD）。

　　当前的气体传感器

　　自从1920年代中期发现气体传感器以来，在开发用于气体检测的创新传感器方面已经取得了重大进展。

　　气体传感器的一些更显着类型包括电化学，光学和化学电阻传感器。

　　由于其寿命短，电化学传感器的应用受到了限制，从而降低了它们的通用性，尤其是在气体传感方面。相比之下，光学传感器具有较高的灵敏度和选择性能力，以及快速的响应时间和足够的寿命，但由于其体积大、成本高，也存在局限性。

　　虽然化学电阻传感器的选择性不如光学传感器，但其生产成本要低得多，而且可以通过简单的方法制造。

　　推进QD化学气体传感器的发展

　　为了克服与传统化学气体传感器相关的一些局限性，人们已经进行了一些不同的尝试，研究某些QD如何创造更敏感和稳定的化学气体传感器。

　　胶体量子点（CQD）

　　像传统的量子点一样，胶体量子点（CQD）也是半导体纳米粒子。但是，CQDs的独特之处在于其在溶液相中的悬浮作用。这种CQDs的悬浮提供了强大的量子约束效应，随后增强了这些QDs的电子和光学特性，并提高了它们的吸收、发射和量子尺寸可调性。

　　到目前为止，CQDs已经被整合到光电探测器、环境传感器和各种发光器件中，其中一些包括LED或光致发光元件。

　　由于与CQDs作为传感材料相关的优势特性，最近的一项研究调查了这些QDs在检测环境氮氧化物（NO 2）水平中的用途。

　　在他们的工作中，使用了硫化铅(PbS)QD，因为它们曾被用于检测硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)和氨(NH3)气体。应该指出的是，除了PBS，其他几种类型的CQD已经被调查作为气体传感器的有用性。其中一些材料包括氧化锌(ZnO)QD，例如，已经发现它对NO2和H2S都很敏感。

　　基于锡（II）氧化物（SnO）QD的传感器也被发现对NO2和H2S，以及乙醇和液化石油气（LPG）都很敏感。

　　2020年对PbS QD的研究发现，用这种材料开发的传感器能够在室温下检测NO2的含量，检测限约为十亿分之0.15（ppb）。

　　与目前市场上一些更先进的NO2传感器相比，这项研究中的研究人员提出，他们基于PbS QD的传感器可能具有更好的灵敏度能力。

　　金属氧化物QD

　　一些最广泛研究的电导率传感器材料是金属氧化物，因为它们具有理想的化学稳定性能，可用于这一应用。

　　为此，纳米尺度的新型金属氧化物结构，特别是金属氧化物QD的开发越来越受到关注。例如，在3-4nm尺寸范围内的氧化锡(IV)(SnO2)QD，与传统的SnO2传感器相比，已被发现表现出高达3倍的传感响应。

　　这种增强的传感响应被认为是SnO2 QD结构尺寸减小的结果，同时也是表面与体积之比增加的结果，具有优异的表面反应性。当应用于检测一氧化碳（CO）时，SnO2 QD也被发现对这种化学物质具有增强的吸附性，这是因为它们具有更大的表面积，允许更多的表面缺陷和氧空位。

　　金属硫属化物QD

　　金属硫属化物是包含一种或多种硫属元素的金属材料，例如硫（S），碲（Te）或硒（Se），由于其增强复合结构的电学和传感特性的能力而经常被设计为QD。

　　在最近的发现中可以发现金属硫属元素化物QD的一个示例，即通过在p型PbS QD和n型TiO 2纳米管之间形成耗尽层，传感结构内活性位点的浓缩物增加，可以更好地吸附气态物质在其表面上。发现该复合材料在室温下选择性地感测浓度高达百万分之100（ppm）的NH 3。

　　还发现，由硫化镉（CdS）量子点和氧化钴（Co 3 O 4）微球组成的硫族化物材料在检测H 2 S时可提供增强的感测响应和恢复时间。

　　CdS QD具有独特的化学稳定性，已使其掺入其他金属氧化物中，包括ZnO，SnO 2和氧化铟（In 2 O 3）。

　　当将绿光照射到这些复合结构中的每一个上时，发现它们的感测能力显着提高。

　　应该注意的是，硫族化物在结合到气体传感装置中是相对较新的材料。因此，应进行进一步研究以评估其在各种环境条件下的性能。