Publicado en Revista Internacional de Fabricación Extrema , el equipo del Prof. Zhang del Instituto de Tecnología de Harbin introdujo de manera integral la utilización de catalizadores de un solo átomo dentro del campo de la detección de gases, proponiendo una nueva estrategia para mejorar aún más el rendimiento de los sensores de gases.

Esta revisión analiza principalmente la aplicación de catalizadores de un solo átomo en el campo de la detección de gases. Específicamente, resume la estructura y los principios de los sensores de gas basados ​​en semiconductores y revisa los métodos más recientes para preparar catalizadores de un solo átomo.

También analiza los mecanismos a través de los cuales los catalizadores de un solo átomo mejoran la sensibilidad al gas desde dos perspectivas, proporcionando una descripción detallada del rendimiento de los catalizadores de un solo átomo en la detección de gases.

Los catalizadores de un solo átomo exhiben un excelente rendimiento catalítico debido a su excelente utilización atómica y propiedades fisicoquímicas únicas. Esta característica los posiciona como candidatos competitivos para materiales sensibles a los gases, ya que la función principal de los sensores de gas se basa en el proceso catalítico de las moléculas de gas objetivo en el material sensible.

El principio de la mayoría de los sensores de gas se basa en la reacción de las moléculas de gas con oxígeno quimisorbido en la superficie del material sensor. Esta reacción altera el número de portadores de carga dentro de la banda de conducción del material sensor, induciendo así un cambio en la resistencia del material.

Según los resultados de la investigación, la interacción entre átomos individuales y moléculas de gas puede promover reacciones de gases en la superficie de materiales sensibles. Además, las estructuras heterogéneas formadas dentro de materiales sensibles pueden facilitar significativamente la transferencia de electrones dentro del material sensor. En consecuencia, los sensores de gas basados ​​en catalizadores de un solo átomo pueden lograr una mayor sensibilidad y tiempos de respuesta más cortos.

Actualmente, los métodos de síntesis para catalizadores de un solo átomo incluyen impregnación, coprecipitación, pirólisis en un solo recipiente, deposición de capas atómicas, métodos de plantilla de sacrificio, métodos derivados de estructuras organometálicas (MOF), etc.

Sin embargo, los átomos individuales tienden a agregarse en grupos durante los procesos de síntesis y utilización. Para sintetizar catalizadores de un solo átomo con alta carga y estabilidad, es necesario mejorar la interacción entre los átomos individuales y los soportes modificando el entorno de coordinación de los átomos individuales, entre otros métodos.

Además, la selección de materiales sensibles a los gases para un gas específico se basa en resultados experimentales y carece de orientación teórica. La investigación de los mecanismos por los cuales los átomos individuales mejoran el rendimiento de la detección de gases puede facilitar la comprensión de los sitios activos, estableciendo así una base teórica para el diseño racional de materiales sensibles a los gases.

Como material sensible a los gases, los catalizadores de un solo átomo poseen las ventajas de límites de detección bajos y alta selectividad, lo que los convierte en un material prometedor con amplias perspectivas de aplicación. Se espera que hagan contribuciones significativas para mejorar aún más la sensibilidad y selectividad de los sensores de gas.

Además, es muy probable que faciliten el desarrollo de sensores de gas de alto rendimiento que funcionen en entornos especiales como baja temperatura, baja presión y condiciones sin oxígeno.