我國科學家揭示氫氣傳感器的失效機制

近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員李昕欣團隊采用基于MEMS芯片的氣相原位透射電鏡（TEM）表征技術，探究了Pd-Ag合金納米顆粒催化劑在MEMS氫氣傳感器工況條件下的失效機制。2022年4月13日，相關研究成果以In Situ TEM Technique Revealing the Deactivation Mechanism of Bimetallic Pd-Ag Nanoparticles in Hydrogen Sensors為題，發(fā)表在Nano Letters上。

該研究使用氣相原位TEM試驗，在工況條件下觀測到Pd-Ag合金納米顆粒催化劑的形貌和物相演變全過程，揭示了該合金納米催化劑在不同工作溫度下的失活機制，并據此對MEMS氫氣傳感器進行優(yōu)化，有效推進了氫氣傳感器的實用化。

在上述失效機制的指導下，科研團隊進一步優(yōu)化了Pd-Ag合金催化劑的元素組成、負載量及工作溫度，并使用實驗室獨立研發(fā)的集成式低功耗MEMS傳感芯片，研制出新一代的氫氣傳感器。該氫氣傳感器具有靈敏度高（檢測下限優(yōu)于1 ppm）、長期穩(wěn)定性好（在300 ℃下連續(xù)工作30 d后，對100 ppm H2的響應值衰減小于1%）、功耗低（300 ℃下持續(xù)工作，功耗僅為22 mW）。該研究采用氣相原位TEM技術來探討氣體傳感器的失效機制，為氣體傳感器的理論研究與實用化提供了新的研究方式。目前，該MEMS氫氣傳感器已在汽車加氫站等領域試應用，相關應用工作正在積極推進。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金及中科院儀器研制項目等的支持。

（來源：上海微系統(tǒng)與信息技術研究所）