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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軸的長度則變為2.05 ?。此外，從(110)方向看，Sn-O-Sn的鍵角從180°變為162°，可能導致電子結構發生變化。

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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?吉大Nature子刊：晶格氧在氫傳感反應中的重要作用

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