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（檢測下限優于1 ppm）、長期穩定性好（在300 ℃下連續工作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：上海微系統與信息技術研究所）