Co3O4上的单铜原子位点激活界面氧以增强反应性和低温选择性气体传感
材料科学
2025-06-12 v1 介观与纳米尺度物理
化学物理
摘要
控制过渡金属氧化物的氧化还原格局是推进其在非均相催化或高性能气体传感中反应性的核心。在这里，我们报道了锚定在Co3O4纳米颗粒上的单铜原子位点（1.42 wt%），即Cu1-Co3O4，在低温下显著增强了载体的反应性和分子传感特性。通过X射线吸收近边结构确认了Cu1的存在，并通过X射线光电子能谱揭示了Cu2+与Co3O4之间的强金属-载体相互作用。Cu1形成界面Cu-O-Co键合连接的能力显著降低了晶格氧激活的温度，优于Co3O4上的CuO纳米颗粒（CuONP-Co3O4），这由程序升温还原和脱附分析所证实。为展示直接的实用影响，我们将此类Cu1-Co3O4纳米颗粒部署为甲醛蒸气的化学电阻传感器，其响应比CuONP-Co3O4高出一个数量级以上，并在各种关键干扰物中始终优于最先进的传感器。以此方式，在50%相对湿度和75°C条件下，甲醛被检测至低至5 ppb，且具有优异的选择性。这些结果为使用非贵金属单原子分离物激活氧化还原活性载体提供了一个机制平台，从而产生显著增强且定义明确的反应性，以促进低温氧化反应和选择性分析物传感。
引用
@article{arxiv.2506.09761,
title = {Single Cu Atom Sites on Co3O4 Activate Interfacial Oxygen for Enhanced Reactivity and Selective Gas Sensing at Low Temperature},
author = {Hamin Shin and Matteo D'Andria and Jaehyun Ko and Dong-Ha Kim and Frank Krumeich and Andreas T. Guentner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.09761},
year = {2025}
}