金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor, MOS）因其独特的理化性能在众多的气敏材料中脱颖而出，在气敏传感过程中展现了更加宽广的气体浓度检测范围、更低的检测极限以及在高温和恶劣环境中更好的稳定性等优势，从而受到广泛的运用和研究。然而，目前对于MOS气敏机理的研究仍然有限，这也导致了很多文章中对于气敏机理的解释不够全面，甚至有主次混淆等现象的出现。
重庆大学曾文教授课题组对目前主流的金属氧化物半导体气敏材料的气敏机理进行了综述，文章首次提出将气敏机理分为宏观反应尺度和微观物理尺度两类。
图1. 气敏传感器的应用。
文章首先介绍了气敏传感器的应用及MOS作为气敏材料的优势所在，进而引出对于MOSs气敏机理的讨论。文章主要关注更加贴近气敏反应过程的宏观反应尺度气敏机理，详细的介绍与解释了吸脱附模型（含氧吸附、化学吸附和物理吸附）、体电阻控制机理以及气体扩散控制机理。然后文章基于这些气敏机理，讨论了提高金属氧化物半导体气敏材料的有效策略，其目的是为了进一步突出气敏机理研究的重要性。因为透彻的研究其气敏反应过程中的宏观反应过程和微观物理变化过程，将会为进一步提高MOS的气敏性能铺平道路。
图2. 金属氧化物半导体气机理的总结。
近年来，曾文教授团队基于大量理论计算研究，深入研究了含H2、CO、H2S、CH4、C2H2在内的各类气体在TiO2, WO3, MoS2等气敏材料表面的吸附情况，从原子及电子角度出发，阐释了多种气敏反应机制，从而得到了在各种气敏材料研究中具有普适性的气敏反应模拟机制。目前成果丰硕，在近年发表的论文中，已有17篇进入ESI高被引论文，5篇被评为热点论文，8篇单篇引用过百次，相关成果获得了2019年重庆大学自然科学一等奖，2019年中国有色金属工业科技进步二等奖等奖励。
图3. 基于气体与表面的吸附模型及气敏反应机理研究。
文章的最后，总结和展望了金属氧化物半导体气敏机理进一步研究需要解决的问题和加以应用的方向。该论文为编辑特邀综述，发表在Nanoscale上。
Haocheng Ji, Wen Zeng*, Yanqiong Li, Gas sensing mechanisms of metal oxide semiconductors: a focus review, Nanoscale, 2019, DOI:10.1039/C9NR07699A
本文由能源学人编辑liuqiwan发布整理，非特别说明为独家版权，转请注明出处：https://nyxr-home.com/29527.html
。参考文献：Nanoscale
