韩国材料科学研究院（KIMS，院长 Chul-jin Choi）能源与环境材料研究部首席研究员 Myungkwan Song 领导的研究团队，利用环保型无铅钙钛矿材料开发出超高灵敏度氨气传感器。该研究还与釜山大学 Hyung Woo Lee 教授团队、仁川大学 Youngho Kang 教授团队以及澳大利亚麦考瑞大学 Jincheol Kim 教授团队合作开展。除开发高性能传感器外，研究团队还首次阐明了其检测氨的机制，为下一代钙钛矿基气体传感器的发展提供了新方向。
该技术有望作为关键气体检测解决方案，在以氨为能源载体的新兴氢经济中提升安全性。氨作为下一代氢载体近来备受关注，因为它能够解决氢储存和运输难题。因此，氨在日益增长的氢经济中正成为一种重要物质。然而，即使少量氨泄漏也会对人体健康造成危害。在储存和运输设施、发电厂及工业现场，能够立即检测微量泄漏的高性能传感器至关重要。尤其是，仅暴露于数十ppm浓度的氨即可影响工人健康，因此亟需更灵敏、更精确的检测技术。
传统的钙钛矿基气体传感器虽能高灵敏度检测氨，但大多含铅（Pb），对人体健康和环境有害，限制了其商业化潜力。为解决这一问题，研究团队开发了一种基于锑（Sb）的无铅钙钛矿——甲脒锑溴（FA₃Sb₂Br₉），并将其用作氨气传感器的活性传感材料。所制得的器件兼具环境友好优势和优异的传感性能。
该传感器可稳定检测低至1 ppm浓度的氨，且信号随氨浓度升高而持续增强，表明其能够定量测定氨浓度。在暴露于100 ppm氨气时，传感器响应仅需13秒，电信号增幅高达235%，展现出卓越的传感性能。该传感器对甲烷（CH₄）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOₓ）、氢气（H₂）和甲醇（MeOH）等其他气体的响应明显较低，证实了对氨的高选择性。存放两个月后，传感器仍保持约97%的初始性能，表现出优异的长期稳定性。该传感器还可通过简单的旋涂工艺利用溶液基材料制备，非常适合大面积生产和低成本制造。
该研究最重要的成果之一，除开发出高性能传感器外，还发现了一种新的氨传感机制。传统解释通常将氨传感器的电信号归因于氨分子吸附在传感材料表面。然而，研究团队发现，氨分子可逆地插层进入钙钛矿材料内部并诱导p型掺杂。这一过程提高了材料的电导率，从而产生传感器信号。该机制与传统表面吸附传感有根本区别，为未来钙钛矿气体传感器的灵敏度和选择性提升提供了新的材料设计原则。
该技术可用作安全监测传感器，用于以氨为燃料或氢载体的发电厂和船舶的微量气体泄漏早期检测，也可部署于氨生产、储存和运输设施以及化肥和化工厂。由于该传感器可通过相对简单的溶液工艺制备，该技术适用于大面积制造和批量生产。最终可开发成多种形态，包括便携式检测仪、直接附着于管道的传感器以及实时有害气体监测系统。
该技术有望为目前严重依赖进口的高性能气体传感器实现国产化做出贡献，同时降低维护和运营成本，并可在快速增长的氢氨能源市场中提升韩国材料及传感器产业的竞争力。“这项研究的意义不仅在于我们利用更环保的无铅钙钛矿开发出了高灵敏度氨传感器，还在于我们从原子层面阐明了其传感机制，”KIMS首席研究员兼项目负责人 Myungkwan Song 表示。“我们期望这项技术能广泛应用于氢基和氨基能源基础设施的安全管理以及工业现场的有害气体监测。”
该研究得到了韩国科学技术信息通信部通过KIMS机构研究计划、韩国国家研究基金会全球领先研究中心计划以及国家科学技术研究会全球TOP战略研究团队计划的支持。研究成果于2026年7月27日在材料科学领域国际知名期刊《Small Structures》（影响因子：8.9）在线发表。
（素材来自：韩国材料科学研究院 全球氢能网、新能源网综合）
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