面向汽车节能环保的高性能气体传感器研究

面向汽车节能环保，研究传统燃油汽车发动机燃烧控制和尾气净化系统监控所急需的稳定氧化锆基混成电位型氮氧化物传感器和氨传感器，同时研究典型新能源汽车- - -燃料电池汽车的H2安全管理和燃料电池系统故障监控所急需的微结构/微球接触燃烧式H2传感器。通过制备高温稳定的多孔氧化物电极、构筑纳米多孔三相反应界面、设计非叠层平面结构器件等系统研究来解决在苛刻车载环境下对NOx和NH3进行高灵敏、高选择和高可靠的检测问题，特别是对氮氧化物总量的检测问题；通过开发高性能纳米燃烧催化剂、构筑多孔敏感体、设计热电堆微结构/微球器件、探索敏感体的表面修饰技术来提高H2传感器的启动和响应速度、浓度测量范围、选择性、抗中毒和抗冲击能力以满足车载环境下对器件特性的苛刻要求。通过本项目的实施，研制出汽车节能环保急需的关键气体传感器，解决设计和制作中的关键技术问题，而且还提出设计高温气体传感器和微结构传感器的新理论和新方法。

面向汽车节能环保，研究传统燃油汽车发动机燃烧控制和尾气净化系统监控所急需的稳定氧化锆基混成电位型氮氧化物传感器和氨传感器，同时研究典型新能源汽车- - -燃料电池汽车的H2安全管理和燃料电池系统故障监控所急需的微结构接触燃烧式H2传感器。经过5年的研究，课题组通过制备在高温下具有稳定的多孔性、高电化学催化活性的敏感电极材料，构筑纳米多孔三相反应界面，设计非叠层平面结构器件等系统工作，研制出在苛刻车载环境下使用、具有高灵敏、高选择和高可靠的NOx和NH3传感器；通过开发高性能纳米燃烧催化剂、构筑多孔敏感体、设计热电堆微结构器件、探索敏感体的表面修饰技术来提高H2传感器的启动和响应速度、浓度测量范围、选择性、抗中毒和抗冲击能力，研制出了用于车载苛刻环境的微结构触燃烧式H2传感器。其中，稳定氧化锆基混成电位型NOx传感器对100 ppm NO2的最佳灵敏度到达126mV，稳定氧化锆基混成电位型NH3传感器对100 ppm NH3的最佳灵敏度到达-63mV，微结构触燃烧式H2传感器对4000ppm 的H2 平均检出信号17.6mV，这些关键指标都大大超出了计划书的要求，其他技术指标也都超出或满足计划书的要求。通过三种高性能车载气体传感器的开发，促进了汽车气体传感器产业技术进步，同时还能满足汽车节能减排的社会需求, 为民族汽车产业的自主创新提供技术支撑，此外，还可以推动气体传感器研究领域的技术进步。. 在项目完成的过程中，课题组已在Sensors and Actuators B、ACS Appl. Mater. Interfaces等权威刊物上发表SCI论文120篇，引用1100余次；申请国家发明专利52项，其中授权10项。已经培养教授1名，副教授3名，培养研究生48名(其中12名博士生、36名硕士生)。项目组组织国际/国内会议1次，组成员在国际学术会议作大会报告、特邀报告7次。