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了解金屬氧化物半導體的傳感機理對于高性能傳感器的發(fā)展至關重要，而典型的傳感機制僅識別空氣中表面化學吸附氧的作用，忽略了表面晶格氧的作用。基于此，吉林大學李國棟教授等人為晶格氧參與H₂傳感機制提供了實驗證據。以鍺（Ge）摻雜二氧化錫（SnO₂）為例，利用原位漫反射紅外傅立葉變換光譜（DRIFTS）和原位拉曼光譜研究了H₂-傳感過程中表面的變化，發(fā)現表面晶格氧參與氫氣傳感反應。摻20% Ge的SnO₂納米纖維具有最高的響應（500 ppm H₂時S=39.2）、良好的選擇性和快的響應速度（0.1% H2時< 2 s）。

通過DFT計算，作者研究了引入Ge是否能促進LOM機制的發(fā)生。該模型是使用2×2×2金紅石SO晶胞構建，其中四個Ge原子取代了16個Sn原子中的四個，其中SGO的晶格常數小于SO的晶格常數。這種壓縮晶格應變導致SnO₆八面體的壓縮和變形，因此Sn-O鍵長沿a軸和b軸的長度從2.08 ?拉伸到2.10 ?，而沿c軸的長度則變?yōu)?.05 ?。此外，從(110)方向看，Sn-O-Sn的鍵角從180°變?yōu)?62°，可能導致電子結構發(fā)生變化。

此外，作者研究了引入Ge原子后SO中氧逸出能的變化以及變化的因素。SGO中的氧逸出能明顯低于SO，表明SGO的晶格氧更易轉移形成化學吸附氧。SGO的O 2p波段中心高于SO，表明SGO從晶格氧到化學吸附氧的轉變在熱力學上更有利。因此，引入Ge和由此產生的晶格畸變有助于優(yōu)化電子結構。

Essential role of lattice oxygen in hydrogen sensing reaction. Nat. Commun., 2024, DOI /10.1038/s41467-024-47078-x.

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