在新兴的物联网时代，二维(2D)材料因其迷人的电学性质、大的比表面积和高度集成的可行性，在环境气体分子检测方面具有巨大的应用潜力。然而，开发检测下限在亚ppm范围内的痕量氧敏2D材料和器件仍然是一个挑战。

近日，北京大学彭海琳教授报道了利用二维Bi₂O₂Se纳米板成功制成了电阻型氧敏元件，并展示了其显著的灵敏度，其最低检测率为0.25 ppm，并且在室温下具有高选择性和长期稳定性。

文章要点

1）研究人员首次通过扫描隧道显微镜（STM）和第一性原理计算研究了Bi₂O₂Se的痕量氧检测机理。研究发现Bi₂O₂Se暴露于氧时显示出具有改善比表面积的非晶Se原子层。

2）研究人员用原位常压X射线光电子能谱（APXPS）研究了Bi₂O₂Se表面的非晶态Se原子层，证明了Bi₂O₂Se在环境氧气浓度降至4.0×10^-11mol/L时仍能吸附可观测到的氧量。

3）霍尔测量表明，吸附的氧分子会降低二维Bi₂O₂Se的载流子密度和迁移率，从而降低其电导率。

4）这种二维Bi₂O₂Se传感器具有良好的选择性、合理的耐用性和对0.25-400 ppm氧气的宽范围响应。此外，研究人员还制作了阵列式2D Bi₂O₂Se传感器，并将其集成到并行连接形式中，表现出增强的信噪比，以实现低于0.25 ppm的最小检测。

Shipu Xu, et al, Exploiting Two-Dimensional Bi2O2Se for Trace Oxygen Detection, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202006745

https://doi.org/10.1002/anie.202006745