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647-固态电解质H₂S传感器技术原理与应用.docx
资料介绍
固态电解质H₂S传感器技术原理与应用
引言
硫化氢（H₂S）是一种剧毒气体，在石油天然气、煤矿、污水处理和食品加工等行业广泛存在。美国职业安全与健康管理局（OSHA）规定8小时工作时间内H₂S的暴露限值为10ppm。低浓度H₂S会导致嗅觉敏感度下降，高浓度可导致急性中毒甚至死亡。固态电解质H₂S传感器凭借其高灵敏度、良好的选择性和室温工作潜力，在H₂S检测领域展现出显著优势。2026年，通过LiF辅助烧结的NASICON基H₂S传感器在室温下实现了对0.5ppm H₂S的检测，为H₂S传感器的低功耗化和便携化开辟了新路径。本文系统介绍固态电解质H₂S传感器的技术原理、材料体系及典型应用。
传感机理
混合电位传感
固态电解质H₂S传感器主要采用混合电位传感机理。在NASICON或YSZ电解质上，工作电极（如SnO₂、NiO、Pt）对H₂S具有催化活性，发生以下反应：
阳极反应（H₂S氧化）：$ H_2S + 3O^{2-} \rightarrow SO_2 + H_2O + 6e^- $
阴极反应（氧还原）：$ O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-} $
当两个反应达到动态平衡时，电极电位稳定在混合电位，其大小与H₂S浓度相关。
室温传感
利用LiF辅助烧结的NASICON电解质可在室温下实现H₂S检测。LiF作为烧结助剂降低了NASICON的烧结温度（从1100°C降至900°C），同时提高了离子电导率。基于LiF-NASICON-2电解质的H₂S传感器在25°C下对10ppm H₂S的响应达-243.2mV，检测限为0.5ppm，灵敏度为-177.2mV/decade。
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