近日，江蘇大學喬冠軍教授團隊在Advanced Materials期刊上發(fā)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(guān)鍵的防凍劑和化學合成前驅(qū)體，其蒸氣的高效檢測對工業(yè)安全與環(huán)境監(jiān)測具有重要意義。然而，現(xiàn)有傳感器普遍存在選擇性差、穩(wěn)定性不足等問題。針對EG揮發(fā)性低、吸濕性強等特性，該研究通過缺陷工程與數(shù)據(jù)驅(qū)動策略，開發(fā)出兼具高選擇性、高穩(wěn)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(jiān)測系統(tǒng)。

莫來石型Bi?Fe?O?具有無毒、成本低、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在可持續(xù)電子器件領(lǐng)域頗具潛力；其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)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(wěn)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(xiàn)出超高選擇性、優(yōu)異的重現(xiàn)性和長期穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)了極低的實際和理論檢測限。

結(jié)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(jīng)Langmuir-Hinshelwood途徑完全氧化為CO?。最后，基于ESP32-C3微控制器構(gòu)建了可穿戴實時氣體監(jiān)測平臺，并在實際環(huán)境中結(jié)合深度學習算法，將氣體識別準確率提升至96.8%。

該研究發(fā)展的高性能EG蒸氣檢測技術(shù)，可精準監(jiān)測設(shè)施農(nóng)業(yè)防凍系統(tǒng)、養(yǎng)殖場供暖設(shè)備的EG泄漏及EG基農(nóng)藥揮發(fā)，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(chuàng)新技術(shù)方案，有助于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合規(guī)性與食品安全管控水平。