固體電解質基VOCs傳感器的研究進展*

趙艷琴，劉永光，戴 磊，周會珠，王 嶺，曹吉林

(1.河北工業大學 化工學院，天津 300130；2.華北理工大學 化學工程學院，河北 唐山 063009；3.華北理工大學 教務處，河北 唐山 063009)

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綜述與評論

固體電解質基VOCs傳感器的研究進展*

趙艷琴1，2，劉永光2，戴 磊2，周會珠3，王 嶺2，曹吉林1

(1.河北工業大學 化工學院，天津 300130；2.華北理工大學 化學工程學院，河北 唐山 063009；3.華北理工大學 教務處，河北 唐山 063009)

綜述了混合位型、阻抗型和電流型三類固體電解質基揮發性有機物(VOCs)傳感器在檢測VOCs方面的主要研究進展，并對固體電解質基VOCs傳感器的發展方向和研究趨勢進行了展望。

固體電解質； 揮發性有機物傳感器； 混合位型； 阻抗型； 電流型

0 引 言

根據世界衛生組織定義，揮發性有機化合物(volatile organic compounds,VOCs)，指的是具有較高蒸汽壓(室溫下飽和蒸汽壓超過133.32 Pa)、常溫常壓下容易揮發(沸點在50～260 ℃之間)的一類有機化合物。

目前，用于檢測空氣中VOCs傳統的分析方法有氣相色譜法(GC)[1]、氣相色譜—質譜聯用技術(GC—MS)[2]、液相色譜法(HPLC)[3]、熒光法[4]等，它們對VOCs的檢測雖然有效，但檢測過程復雜、耗時，且這些儀器昂貴、笨重，不能在日常生活生產中隨時隨地直接對室內外環境進行監測[5]。

近年來，固體電解質基VOCs傳感器以其響應速度快，靈敏度高，檢測下限低，選擇性好等優點，得到了各國研究者們的廣泛關注，尤其是具有優異的高溫穩定性，在高溫環境下有著廣泛的應用。按照工作原理，可以分成三類：混合位型、阻抗型和電流型。本文綜述了這三類VOCs傳感器近年來的研究進展，并對VOCs傳感器未來的研究方向進行了展望。

1 混合位型VOCs傳感器

到目前為止，盡管對混合位型、電流型和阻抗型VOCs傳感器均有報道，但由于混合位型傳感器能夠在更寬的操作溫度(450～900 ℃)下檢測汽車尾氣或大氣中低濃度的污染性氣體，因此，在過去的幾年，混合位型傳感器受到了各國研究者的極大關注。

混合位的概念適用于在敏感電極側發生兩個或更多的電極反應的情況。混合位型VOCs傳感器主要由固體電解質、敏感電極及參比電極組成。對于混合位型VOCs傳感器，作為響應信號的混合電位與氣體濃度之間不符合能斯特關系，混合電位值取決于各種動力學反應，包括在敏感電極/固體電解質界面的電化學反應和敏感電極層的多相氣相反應。

被測氣體的靈敏度很大程度上取決于傳感器的敏感電極材料。敏感電極材料的類型、晶粒尺寸、孔隙率、形貌以及敏感電極/固體電解質界面的狀態是建立混合位的關鍵因素,這些影響因素的優化可以提高混合位型傳感器對目標氣體的敏感性能。VOCs傳感器用敏感電極材料主要分為MxOy型、尖晶石型、鈣鈦礦型及貴金屬(Au，Pt)四種類型。

1.1 MxOy型

MxOy型材料是VOCs傳感器最常用的敏感材料之一，單一金屬氧化物被最早用于檢測VOCs的敏感電極材料。CdO,Nb2O5,NiO和Ta2O5均對C3H6有很好的敏感性。其中，CdO最適合作管狀C3H6傳感器的敏感電極材料[6]；以Nb2O5和Ta2O5為敏感電極做成的平面型C3H6傳感器，響應值和靈敏度最大可達到-214 mV和190 mV/dec。當以Nb2O5和Ta2O5的混合物(Nb2O5︰Ta2O5=1︰1)為敏感電極時，傳感器有最好的選擇性和穩定性[7,8]。Tomoaki Sato等人[9]分別以SnO2,NiO,Fe2O3,Cr2O3為敏感電極，組裝成了管狀甲苯傳感器。發現這些氧化物對甲苯均有較高的敏感性，且C3H6,H2,CO和NO2對傳感器均無干擾。同時Tomoaki Sato等人[10]也發現，該傳感器可檢測p-TVOC(包括甲苯、間二甲苯和甲醛)，響應信號與p-TVOC的濃度間有良好的線性關系，檢測下限低至50×10-9。孫壽通等人[11]分別以球狀、顆粒狀和線型結構NiO為敏感材料，制備成混合位型C3H6傳感器，發現NiO的形貌對傳感器的性能有較大的影響，線型結構NiO敏感電極傳感器在350 ℃下具有最大的響應，響應值為60 mV。

另外，一種外加催化劑的使用可以有效控制敏感電極的氣相活性。在NiO敏感電極上添加一層SnO2催化劑，能夠促進干擾氣體乙醇的氧化，使甲苯的選擇性得到大幅度提高[12]。通過對敏感材料進行合理的摻雜，同樣可以改善傳感器的性能。Monireh K等人[13]采用絲網印刷技術制備了金屬氧化物摻雜的Pt/SnO2敏感電極，發現傳感器的響應信號與摻雜劑的種類和溫度有關。比起SiO2，MoO3和S2O3，Pt/CeO2/SnO2作敏感電極時，傳感器對乙醛、丙酮、乙醇和甲苯均表現出較高的響應，乙醇響應最大，但當操作溫度高于500 ℃時，對乙醇的響應急劇下降。Yuta S等人[14]在YSZ固體電解質和敏感電極In2O3層之間加入YSZ中間層，提高了傳感器的穩定性。

1.2 尖晶石型

尖晶石的結構通式為AB2O4，A一般為二價或四價金屬(如Cu,Zn,Ni等)，B為三價或二價金屬(如Co，Fe，Mn,Cr等)。尖晶石型敏感材料也可以用作VOCs傳感器的敏感材料。為了使傳感器能夠商業化，傳感器需要有長期穩定性，通常情況，傳感器穩定性差是由于長期高溫操作致使敏感電極層或敏感電極/固體電解質界面形態發生了變化。

Yuki F等人[15]在ZnCr2O4層和YSZ固體電解質層添加YSZ中間層可使傳感器的穩定性大幅提高，這是由于YSZ中間層的加入，使得在ZnCr2O4/YSZ界面附近的ZnCr2O4顆粒被YSZ顆粒包圍，這種復雜的結構抑制了界面狀態的改變，提高了ZnCr2O4/YSZ界面的機械穩定性，從而提高了傳感器的穩定性。傳感器的結構對其敏感性能也有顯著影響，管狀傳感器對C3H6的響應優于平面型。尖晶石型氧化物ACr2O4(A=Zn,Co,Ni)和鈉離子導體Na3Zr2Si2PO12(NASICON)的混合物也可作VOCs傳感器的敏感電極材料，且NiCr2O4最適合作丙酮的敏感電極材料。NASICON和NiCr2O4的混合可以增大三相界面的長度，固體電解質NASICON和敏感電極之間的接觸不僅存在于NASICON和敏感電極的界面處，還存在于敏感電極的內部，以此提高了傳感器的氣敏性能[16]。

1.3 鈣鈦礦型

簡單鈣鈦礦型材料的理想化學式為ABO3，其結構屬于立方晶系。一般情況下，A位由半徑較大的堿金屬或堿土金屬或稀土金屬離子占據，如La3+，Sr2+,Sm3+等，B位處于6個O2-組成的八面體中央，它一般由元素周期表中第三、四、五周期半徑比較小的過渡金屬離子占據，如Fe3+，Mn4+，Co4+及Cr3+等。由于鈣鈦礦型復合氧化物具有良好的催化性、透氧性和氣敏性，因此被廣泛應用于氣體傳感器中。

Rangachary M等人[17]發現La1-xSrxCrO3對C3H6的敏感性明顯優于La0.8Sr0.2MnO3。同時對La1-xSrxCrO3來說，Sr的摻雜量會影響傳感器的氣敏性能。傳感器對C3H6的響應信號隨著La1-xSrxCrO3中Sr摻雜量的增加而增大[18]。除了Sr摻雜，Ga摻雜的LaCrO3鈣鈦礦也可以用來作為檢測C3H6傳感器的敏感電極材料[19，20]。

LaFeO3系材料是另一類可作為VOCs傳感器敏感電極的鈣鈦礦型材料。Tetsuya K等人[21]以Bi2Cu0.1V0.9O5.35(BiCuVOx)和La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3作為復合敏感電極，BiCuVOx代替YSZ作為電解質，分別制成了濃差電池型和平面型乙醇傳感器，且敏感性能良好。當Ni摻雜到La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3中時，傳感器對乙醇和甲醛均有較好的敏感性，在350 ℃，響應信號與甲醛濃度((2～40)×10-6)的對數有很好的線性關系[22]。Tetsuya K等人[23]以BiCuVOx和La0.6Sr0.4Co0.78Ni0.02Fe0.2O3的混合物作為復合敏感電極，NASICON作為固體電解質，制成了甲醛傳感器。用液相反應法制備的BiCuVOx對乙醇((5～30)×10-6)的響應性能明顯優于固相反應法制備的BiCuVOx。

1.4 貴金屬型

貴金屬也可以作VOCs傳感器的敏感電極材料，主要為Pt或Au。Au由于其較低的催化活性，被認為是一種很有前途的檢測氣態烴類的電極材料。

Au電極可以用作C3H6傳感器的敏感電極材料[24～34]。Perumal E等人[24]以Au作敏感電極，YSZ為固體電解質，組裝成了平面型傳感器。該傳感器對C3H6有很大的響應和很好的選擇性，但穩定性較差，這是由于Au的熔點較低，在高溫、長時間操作下形貌易發生改變，導致傳感器的穩定性和敏感性能下降。Au的制備方法和固體電解質表面的粗糙程度會影響傳感器的敏感性能。以浸漬法制備的Au納米顆粒對O2的電化學反應有更高的催化活性，使傳感器對C3H6有優良的敏感性和選擇性[34]。

Au和氧化物的混合物也可作為VOCs傳感器的敏感電極材料，如Ga2O3[35]，Nb2O5[36～38]和TiO2[39]等。與純的Au敏感電極相比，Au+Ga2O3制成的傳感器對低濃度的C3H6有更好的敏感性，Ga2O3的最佳摻雜量質量比為20 %[35]。Guth U等人[37]通過研究發現，不同復合氧化物組裝成的傳感器敏感性能大小順序如下：Y2O3

2 阻抗型VOCs傳感器

與混合位型傳感器的結構類似，阻抗型VOCs傳感器也由固體電解質、敏感電極和參比電極(Pt或Au)組成。其工作原理是：在敏感電極和參比電極之間施加頻率連續改變的正弦波形微擾電壓，改變VOCs濃度，發生在三相界面的電化學反應阻抗隨之改變，從而檢測VOCs的濃度。阻抗的改變是由于在敏感電極/固體電解質界面電極反應電阻發生了改變[42]。

Tomohisa T等人[43]采用濕化學法制備了鈣鈦礦型Sm1-xCaxFeO3材料，并以此為敏感電極，利用絲網印刷技術制備了厚膜型C2H2傳感器。當SmFeO3作敏感電極材料時，傳感器在400 ℃對C2H2有良好的敏感性和選擇性。SmFeO3中Ca2+的摻雜，使傳感器的響應信號急劇下降。

Ryotaro W等人[44]以YSZ為固體電解質，SnO2作敏感電極，制備成阻抗型C3H6傳感器。研究發現，與純的SnO2敏感電極相比，向ZnO/SnO2復合電極中添加質量比為20 %ZnO粉末，可提高傳感器的氣敏性和選擇性。Mitsunobu N[45]和Ryotaro Wama[46]均以ZnO為敏感電極制成了氣敏性能良好的C3H6傳感器，只不過后者傳感器的檢測下限更低，可以檢測((0.05～0.8)×10-6范圍內的C3H6。Mitsunobu N還以In2O3作敏感電極制成了阻抗型傳感器，該傳感器在900 ℃干燥氣氛下對CH4，C2H6，C3H6，C3H8和C4H10均有較大的響應[47]。

3 電流型VOCs傳感器

電流型VOCs傳感器，也是非常重要的一類電化學VOCs傳感器。這類傳感器的工作原理是在電極之間施加電壓，產生的電流響應信號與氣體濃度間呈線性關系。由于被檢測氣體具有氧化或還原性能，當傳感器上施加一定的偏壓時，被測氣體被敏感電極材料選擇性催化，并在電極上發生電化學反應，產生響應電流，利用電流與氣體濃度間存在線性關系，進而檢測氣體濃度。

Atanu D等人[48]以金屬離子摻雜的LaGaO3(La0.7Sr0.3GaxFe1-xO3)為固體電解質，制成了電流型傳感器。在 423～573 K溫度范圍，傳感器的電流信號與C3H6濃度((500～2 000)×10-6)的對數呈現良好的線性關系。Ga位過渡金屬的摻雜可以有效提高傳感器的選擇性，比起Fe或Co摻雜，Ni摻雜使傳感器對C3H6有更好的選擇性[49，50]。以上這些對目標氣體響應的改變可能歸功于電極的動力學，然而，電極的熱力學也可以提高傳感器的選擇性。例如，通過控制外加電壓，使YSZ基傳感器對C3H6的選擇性提高，這是由于電位不同發生的反應也將會不同[51，52]。

Schmidt-Zhang P等人[53]以YSZ為固體電解質，制成了平面型雙電極電流型傳感器。在C3H6，O2和N2混合氣氛中可以檢測C3H6的濃度。Taro U等人采用脈沖電壓方式代替恒壓方式，以YSZ為固體電解質，ZnO(+8.5 %質量比Pt)為敏感電極制成了管狀電流型傳感器。該傳感器在600 ℃潮濕氣氛中，響應電流與C3H6的濃度((0～200)×10-6)有良好的線性關系。

4 結束語

近年來固體電解質基VOCs傳感器已取得了較大的進展，不斷開發出新型敏感材料及其傳感器。目前研究的目標仍然是如何提高靈敏度、選擇性等方面。

1)目前VOCs敏感電極材料研究較多的有NiO，In2O3，SnO2等金屬氧化物、LaCrO3等鈣鈦礦材料和Au等貴金屬。未來對VOCs敏感材料的研究在于：探索新型的敏感材料；對現有敏感材料進行合理的摻雜改性處理[54]；使用貴金屬催化劑，對電極材料的功能進行優化，以提高對VOCs的敏感性。

2)VOCs敏感電極材料的納米化。納米結構電極的使用，可增大三相催化界面，有利于電化學反應的進行，結合對電極形態的控制，可提高傳感器的敏感性能。

3)為了獲得更好的選擇性敏感信號，兩種電極的聯合使用，敏感電極層上催化劑層的涂覆等，均可有效消除干擾氣體的影響，這些也是固體電解質基VOCs傳感器的另一研究方向。

4)尋求新的固體電解質。目前VOCs傳感器常用的固體電解質有氧離子導體ZrO2基電解質、CeO2基電解質和鈉離子導體NASICON等。尋求新的固體電解質，如硅酸鑭基電解質，由于其化學性質穩定，活化能低，中低溫下的電導率高，有望用作VOCs傳感器的固體電解質。

5)目前VOCs傳感器主要是針對單一氣體進行檢測，檢測目標有限，因此研究傳感器的陣列化，進而能夠同時檢測更多種類的有機氣體，將成為VOCs傳感器的另一個發展方向。

[1] Whalen M,Ruth K B.Detection of aromatic hydrocarbons in the atmosphere at ppt levels[J].Atmos Environ,1994,28(3):567-570.

[2] 包志成，張 尊，趙倩雪.C4-C12烴類分析[J].中國環境科學，1986,6(3):74-76.

[3] 戴天有，魏復盛，彭清濤.空氣和廢氣中10種醛酮污染物的高效液相色譜測定[J].環境科學研究，1996,9(6):29-33.

[4] Sekhar P K,Brosha E L,Mukundan R,et al.Effect of electrolyte sintering temperature on mixed potential sensor performance[J].Solid State Ionics,2010,181:947-953.

[5] 張紅艷，魏東煒，李復生.監測揮發性有機物的SAW傳感器的研究進展[J].傳感器與微系統，2008,27(4):1-3.

[6] Miura N,Shiraishi T,Shimanoe K,et al.Mixed-potential-type propylene sensor based on stabilized zirconia and oxide electro-de[J].Electrochem Commun,2000,2:77-80.

[7] Laure C,Elisabetta D,Maria L G,et al.High temperature detection of CO/HCs gases by non-Nernstian planar sensors using Nb2O5electrode[J].Sensors and Actuators，B,2008,130:514-519.

[8] Chevallier L,Traversa E,Di Bartolomeo E.Propene detection at high temperatures using highly sensitive non-nernstian electrochemical sensors based on Nb and Ta oxides[J].J Electrochem Soc,2010,157:386-391.

[9] Tomoaki S,Vladimir V P,Masahiro U,et al.Potentiometric YSZ-based sensor using NiO sensing electrode aiming at detection of volatile organic compounds(VOCs) in air environment[J].Electrochemistry Communications,2010,12:524-526.

[10] Tomoaki S,Vladimir V P,Masahiro U,et al.YSZ-based sensor using NiO sensing electrode for detection of volatile organic compounds in PPD level[J].Journal of The Electrochemical Society,2011,158(6):175-178.

[11] 孫壽通，金 涵，洪 磊,等.基于特殊形貌NiO電極的混合電位型C3H6傳感器研究[J].傳感器與微系統，2015，34(4):42-48.

[12] Sato T,Breedon M,Miura N.Reduction in ethanol interference of zirconia-based sensor for selective detection of volatile organic compounds[J].J Electrochem Soc,2013,160:146-151.

[13] Kasalizadeh M,Khodadadi A,Mortazavi Y.Coupled metal oxide-doped Pt/SnO2semiconductor and yittria-stabilized zirconia electrochemical sensors for detection of VOCs[J].J Electrochem Soc,2013,160:218-224.

[14] Yuta S,Tomoaki S,Michael B,et al.C3H6sensing characteristics of rod-type yttria-stabilized zirconia-based sensor for ppb level environmental monitoring applications[J].Electrochimica Acta,2012,73:118-122.

[15] Yuki F,Vladimir V P,Perumal E,et al.Stabilization of sensing performance for mixed-potential-type zirconia-based hydrocarbon sensor[J].Talanta,2011,85:575-581.

[16] Zhang H,Yin C G,Guan Y Z,et al.NASICON-based acetone sensor using three-dimensional three-phase boundary and Cr-based spinel oxide sensing electrode[J].Solid State Ionics,2014,262:283-287.

[17] Rangachary M,Eric L B,Fernando H G.Mixed potential hydrocarbon sensors based on a YSZ electrolyte and oxide electrodes[J].Journal of The Electrochemical Society,2003,150(12):H 279-H 284.

[18] Praveen K S,Rangachary M,Eric B,et al.Effect of perovskite electrode composition on mixed potential sensor response[J].Sensors and Actuators，B:Chemical,2013,183:20-24.

[19] Zosel J,Guth U.Electrochemical solid electrolyte gas sensors hydrocarbon and NOx analysis in exhaust gases[J].Ionics,2004,105(5/6):366-377.

[20] Westphal D,Jakobs S,Guth U,et al.Gold-composite electrodes for hydrocarbon sensors based on YSZ solid electrolyte[J].Ionics,2001,7(3):182-186.

[21] Tetsuya K,Takuya M,Shotaro K,et al.Planar-type BiCuVOx solid electrolyte sensor for the detection of volatileorganic compound-s[J].Sensors and Actuators,B:Chemical,2009,137:147-153.

[22] Tetsuya K,Takuya M,Masayoshi Y,et al.Organic gas sensor using BiCuVOx solid electrolyte[J].Electrochemistry Communications,2008,10:311-314.

[23] Tetsuya K,Naoki M,Shotaro K,et al.Electrochemical detection of volatile organic compounds using a Na3Zr2Si2PO12/Bi2Cu 0.1V 0.9O5.35 heterojunction device[J].Electrochimica Acta,2011,56:7484-7490.

[24] Perumal E,Vladimir V P,Yuki F,et al.Highly sensitive and selective stabilized zirconia-based mixed-potential-type propene sensor using NiO/Au composite sensing-electrode[J].Sensors and Actuators,B:Chemical,2010,144:215-219.

[25] Mukundan R,Brosha E L,Brown D R,et al.Ceria-electrolyte based mixed potential sensors for the detection of hydrocarbons and carbon monoxide[J].Electrochem Solid-State Lett,1999,2(12):412-414.

[26] Garzon R,Mukundan R,Brosha E L.Modeling the response of mixed potential electrochemical sensors[J].Electrochem Soc Proc,2001,32:305-313.

[27] Mukundan R,Brosha E L,Brown D R,et al.A mixed-potential sensor based on a Ce0.8Gd0.2O1.9electrolyte and platinum and gold electrodes[J].J Electrochem Soc,2000,147(4):1583-1588.

[28] Garzon F H,Munkundan R,Brosha E L.Solid-state mixed potential gas sensors:Theory,experiments and challenges[J].Solid State Ionics,2000,136-137:633-638.

[29] Mukundan R,Brosha E L,Garzon F H.Solid-state electrochemical sensors for automotive applications[J].Ceram Trans,2002,130:1-10.

[30] Thiemann S,Hartung R,Wulff H,et al.Modified Au-YSZ electrodes-preparation,characterization and electrode behaviour at higher temperatures[J].Solid State Ionics,1996,86-88:873-876.

[31] Thiemann S,Hartung R,Guth U,et al.Chemical modifications of Au-electrodes on YSZ and their influence on the non-Nernstian behavior[J].Ionics,1996,2(5-6):463-467.

[32] Somov S,Reinhardt G,Guth U,et al.Gas analysis with arrays of solid state electrochemical sensors:Implications to monitor HCs and NOx in exhausts[J].Sensors and Actuators,B,1996,35-36:409-418.

[33] G?pel W,Reinhardt G,R?sch M.Trends in the development of solid state amperometric and potentiometric high temperature sensors[J].Solid State Ionics,2000,136-137:519-531.

[34] Plashnitsa V V,Elumalai P,Fujio Y,et al.Zirconia-based electrochemical gas sensors using nano-structured sensing materials aiming at detection of automotive exhausts[J].Electrochim Acta,2009,54:6099-6106.

[35] Westphal D,Jakobs S,Guth U.Gold-composite electrodes for hydrocarbon sensors based on YSZ solid electrolyte[J].Ionics,2001,7(3):182-186.

[36] Zosel J,Müller R,Vashook V,et al.Response behavior of perovskites and Au/oxide composites as HC-electrodes in different combustibles[J].Solid State Ionics,2004,175(1-4):531-533.

[37] Zosel J,Westphal D,Jakobs S,et al.Au-oxide composites as HC-sensitive electrode materials for mixed potential gas sensors[J].Solid State Ionics,2002,152-153:525-529.

[38] Thiemann S,Hartung R,Guth U,et al.Chemical modifications of Au-electrodes on YSZ and their influence on the non-nernstian behaviour[J].Ionics,1996,2:463-467.

[39] Thiemann S,Hartung R,Wulff H,et al.Modified Au / YSZ electrodes preparation,characterization and electrode behaviour at higher temperatures[J].Solid State Ionics,1996,86-88:873-876.

[40] Hashimoto A,Hibino T,Mori K T,et al.High-temperature hydrocarbon sensors based on a stabilized zirconia electrolyte and proton conductor-containing platinum electrode[J].Sensors and Actuators,B,2001,81:55-63.

[41] Hibino T,Kakimoto S,Sano M.Non-nernstian behavior at modified Au electrodes for hydrocarbon gas sensing[J].J Electrochem Soc,1999,146:3361-3366.

[42] Miura N,Nakatou M,Zhuiykov S.Impedancemetric gas sensor based on zirconia solid electrolyte and oxide sensing electrode for detecting total NOxat high temperature[J].Sensors and Actuators,B,2003,93:221-228.

[43] Tomohisa T,Satoko T,Youichi S.Impedancemetric acetylene gas sensing properties of Sn-Fe-based perovskite-type oxide-based thick-film device[J].Sensors and Actuators,B,2013,187:128-134.

[44] Ryotaro Wama,Vladimir V Plashnitsa,Perumal Elumalai,et al.Impedancemetric zirconia-based sensor attached with laminated-oxide sensing-electrode aiming at highly sensitive and selective detection of propene in atmospheric air[J].Solid State Ionics,2010,181:359-363.

[45] Mitsunobu Nakatou,Norio Miura.Detection of propene by using new-type impedancemetric zirconia-based sensor attached with oxide sensing-electrode[J].Sensors and Actuators,B,2006,120:57-62.

[46] Ryotaro Wama,Masahiro Utiyama,Vladimir V,et al.Highly sensitive impedance-based propene sensor using stabilized zirconia and zinc oxide sensing-electrode[J].Electrochemistry Communications,2007,9:2774-2777.

[47] Mitsunobu Nakatou,Norio Miura.Detection of combustible hydrogen-containing gases by using impedancemetric zirconia-based water-vapor sensor[J].Solid State Ionics,2005,176:2511-2515.

[48] Atanu Dutta,Hiroyasu Nishiguchi,Yusaku Takita,et al.Amperometric hydrocarbon sensor using La(Sr)Ga(Fe)O3solid electrolyte for monitoring in exhaust gas[J].Sensors and Actuators,B,2005,108:368-373.

[49] Ishihara T,Fukuyama M,Kabemura K,et al.Hydrocarbon sensor for monitoring exhaust gas using oxygen pumping current[J].Electrochem Soc Proc,2003,26:287-298.

[50] Ishihara T,Fukuyama M,Dutta A,et al.Solid state amperometric hydrocarbon sensor for monitoring exhaust gas using oxygen pumping current[J].J Electrochem Soc,2003,150(10):H 241-H 245.

[51] Somov S I,Guth U.A parallel analysis of oxygen and combustibles in solid electrolyte amperometric cells[J].Sensors and Actuators,B,1998,47(1-2):131-138.

[52] Somov S I,Reinhardt G,Guth U,et al.Multi-electrode zirconia electrolyte amperometric sensors[J].Solid State Ionics ,2000,136-137:543-547.

[53] Zhang P Schmidt,Guth U.A planar thick film sensor for hydrocarbon monitoring in exhaust gases[J].Sensors and Actuators,B,2004,99:258-263.

[54] 張小秋，汪元元，張 柯.基于納米材料的氣體傳感器的研究進展[J].傳感器與微系統，2013,32(5):1-5.

王 嶺，通訊作者，E—mail：tswling@126.com。

Research progress on solid electrolyte-based VOCs sensors*

ZHAO Yan-qin1,2,LIU Yong-guang2,DAI Lei2,ZHOU Hui-zhu3,WANG Ling2,CAO Ji-lin1

(1.School of Chemical Engineering and Technology,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China;2.College of Chemical Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China;3.Office of Teaching Affairs,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China )

Three types of solid electrolyte-based volatile organic compounds(VOCs)sensors which are mixed-potential type,impedancemetric type and amperometric type have broad application prospects in detecting VOCs are reviewed.Main research progress of three kinds of sensors in detecting VOCs is reviewed,and development direction and research trend of solid electrolyte-based VOCs sensors are prospected.

solid electrolyte;volatile organic compounds(VOCs)sensors;mixed-potential type;impedancemetric type;amperometric type

2016—03—10

國家自然科學基金資助項目(51272067,51472073);河北省教育廳資助項目(Z2015140)

10.13873/J.1000—9787(2016)11—0001—05

TQ 150.7;O 657.1

A

1000—9787(2016)11—0001—05

趙艷琴(1980-)，女，河北泊頭人，實驗師，博士研究生，主要研究方向為電化學傳感器的研究。