Publié dans International Journal of Extreme Manufacturing , l'équipe du professeur Zhang de l'Institut de technologie de Harbin a présenté de manière exhaustive l'utilisation de catalyseurs à atome unique dans le domaine de la détection de gaz, proposant une nouvelle stratégie pour améliorer davantage les performances des capteurs de gaz.

Cette revue traite principalement de l'application de catalyseurs à atome unique dans le domaine de la détection de gaz. Plus précisément, il résume la structure et les principes des capteurs de gaz à base de semi-conducteurs et passe en revue les dernières méthodes de préparation de catalyseurs à atome unique.

Il analyse également les mécanismes par lesquels les catalyseurs à atome unique améliorent la sensibilité aux gaz sous deux angles, fournissant un aperçu détaillé des performances des catalyseurs à atome unique dans la détection des gaz.

Les catalyseurs à atome unique présentent d'excellentes performances catalytiques en raison de leur utilisation atomique exceptionnelle et de leurs propriétés physicochimiques uniques. Cette caractéristique les positionne comme des candidats compétitifs pour les matériaux sensibles aux gaz, car la fonction principale des capteurs de gaz repose sur le processus catalytique des molécules de gaz cibles sur le matériau sensible.

Le principe de la plupart des capteurs de gaz repose sur la réaction des molécules de gaz avec l'oxygène chimisorbé à la surface du matériau de détection. Cette réaction modifie le nombre de porteurs de charge dans la bande de conduction du matériau de détection, induisant ainsi un changement dans la résistance du matériau.

Selon les résultats de la recherche, l’interaction entre des atomes uniques et des molécules de gaz peut favoriser les réactions des gaz à la surface des matériaux sensibles. De plus, les structures hétérogènes formées à l’intérieur des matériaux sensibles peuvent faciliter considérablement le transfert d’électrons au sein du matériau de détection. Par conséquent, les capteurs de gaz basés sur des catalyseurs à atome unique peuvent atteindre une sensibilité plus élevée et des temps de réponse plus courts.

Actuellement, les méthodes de synthèse des catalyseurs à atome unique comprennent l'imprégnation, la co-précipitation, la pyrolyse en un seul pot, le dépôt de couches atomiques, les méthodes de modèles sacrificiels, les méthodes dérivées des structures métallo-organiques (MOF), etc.

Cependant, les atomes uniques ont tendance à s’agréger en grappes au cours des processus de synthèse et d’utilisation. Pour synthétiser des catalyseurs à atome unique avec une charge et une stabilité élevées, il est nécessaire d'améliorer l'interaction entre les atomes uniques et les supports en modifiant l'environnement de coordination des atomes uniques, entre autres méthodes.

En outre, la sélection de matériaux sensibles aux gaz pour un gaz spécifique repose sur des résultats expérimentaux et manque de directives théoriques. L'étude des mécanismes par lesquels des atomes uniques améliorent les performances de détection des gaz peut faciliter la compréhension des sites actifs, établissant ainsi une base théorique pour la conception rationnelle de matériaux sensibles aux gaz.

En tant que matériau sensible aux gaz, les catalyseurs monoatomiques possèdent les avantages de faibles limites de détection et d’une sélectivité élevée, ce qui en fait un matériau prometteur avec de larges perspectives d’application. Ils devraient apporter des contributions significatives à l’amélioration de la sensibilité et de la sélectivité des capteurs de gaz.

De plus, ils sont très susceptibles de faciliter le développement de capteurs de gaz hautes performances fonctionnant dans des environnements spéciaux tels que des conditions à basse température, basse pression et sans oxygène.