研究人員利用10毫秒的光脈衝，提升了室溫下對二氧化氮的檢測能力。
韓國安山市，2026年10月30日 /美通社/——許多氣體傳感器透過材料電學性質的變化來檢測氣體。二硫化鉬（MoS₂）是一種很有前景的材料，但其表面很大一部分並不活躍。其反應性更強的邊緣位點在傳統加熱過程中往往難以保留，而額外加入的催化金屬也可能聚集成團，而不是以單原子形式分散存在。
這項研究由韓國科學技術院（KAIST）的Il - Doo Kim教授與漢陽大學ERICA校區的Dong - Ha Kim助理教授共同擔任通訊作者，KAIST的Shin Euichul博士為第一作者。研究團隊利用由強脈衝光驅動的閃速熱合成，將含鉬前驅體轉化為薄層二硫化鉬片。一次10毫秒的脈衝即可將材料加熱至最高1,811攝氏度，隨後在空氣環境中快速冷卻。鉑、銥或金原子也可在同一步驟中引入。該論文於2026年7月7日線上發布，並於2026年9月21日刊登在《Advanced Materials》上。
這種短時間而強烈的加熱有助於限制大塊層的生長，並使加入的金屬原子分散在材料表面，而非形成團聚的金屬納米顆粒。測試顯示，與採用傳統溶劑熱法製備的材料相比，閃速法製備的二硫化鉬對500萬分之一濃度二氧化氮（NO₂）的響應強度提高了23.6倍。加入1.2重量%的鉑之後，響應進一步提高22.8倍：感應器在室溫下暴露於4億分之一濃度的NO₂時，響應達到100.8%。Kim博士表示：「這項重要進步在於，我們可以在一個快速步驟中同時形成感應材料並引入孤立的催化原子，而無需長時間的爐內處理。」
這種經鉑強化的感應器能檢測低至172億分之一的 NO ₂ 浓度。與其他幾種測試氣體相比，它對 NO ₂ 也表現出選擇性，并在25次暴露—恢復循環中保持穩定響應。在空氣環境中放置三週後，其響應僅下降2.6%。計算結果表明，鉑原子增強了材料與 NO ₂ 之間的相互作用，從而支持了實驗中觀察到的感測性能提升。 Kim 博士表示：「通過調節材料上的活性位點，這種方法有望讓高靈敏度、高選擇性的氣體檢測更具實用性，同時也为製備其他功能納米材料提供了一種靈活的途徑。」
該工藝每克材料耗電8.6千焦。由於光照可以覆蓋相對較大的面積，這種方法相較於需要數小時加熱的工藝，可能提供一條更具規模化潛力的生產途徑。不過，這些感應器是在實驗室裝置中完成測試的；其在多變的室外條件和商業設備中的實際表現仍有待評估。研究人員表示，這一合成策略還可探索用於清潔能源技術中的催化劑以及其他先進材料和能量轉換領域。
總體而言，這項研究提出了一種稱為「閃速熱合成」的快速方法，可用於製備富含邊緣二硫化鉬的物質並固定單個催化原子。研究結果顯示，這有希望推動室溫氣體傳感器在空氣品質監測和工業氣體檢測方面的發展，但仍需進一步的測試和開發。該策略也有可能幫助研究人員開發用於更清潔能源和環境技術的下一代材料。
參考資訊
原論文標題：In Situ Single - Atom Decoration of Transition Metal Dichalcogenides by Millisecond Flash Thermal Synthesis Toward High Performance Room Temperature Chemiresistors
期刊： Advanced Materials
10.1002
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