最低可检测1 ppm浓度的氨气泄漏！

暴露于氨气后转变为花状结构的环保型钙钛矿材料。图片来源：韩国材料科学研究院（KIMS）

l  无铅锑基钙钛矿可实现低至1 ppm的高灵敏度氨气检测

l  新发现的传感机制揭示了氨分子的可逆嵌入过程及由此增强的电导率，有望用于氢能和氨能基础设施的安全监测

韩国昌原——由韩国材料科学研究院（Korea Institute of Materials Science，KIMS）能源与环境材料研究部首席研究员Myungkwan Song带领的研究团队，开发出一种采用环保型无铅钙钛矿材料的超灵敏氨气传感器。该研究院由Chul-jin Choi担任院长。该研究与釜山国立大学Hyung Woo Lee教授、仁川国立大学Youngho Kang教授以及澳大利亚麦考瑞大学Jincheol Kim教授带领的团队合作完成。除开发出高性能传感器外，研究人员还首次阐明了该传感器检测氨气的作用机制，为新一代钙钛矿气体传感器的研发提供了新方向。该技术有望成为重要的气体检测方案，提升以氨作为能源载体的新兴氢能经济的安全水平。

近年来，氨因能够促进原本难以处理的氢气进行储存和运输，作为新一代储氢载体受到广泛关注。因此，氨正在不断发展的氢能经济中成为一种重要物质。然而，即使少量氨气泄漏也可能危害人体健康。因此，在氨的储存与运输设施、发电厂和工业场所，必须配备能够即时检测微量泄漏的高性能传感器。尤其是，仅暴露于数十ppm浓度的氨气便可能影响工作人员的健康，这进一步凸显了开发更加灵敏、准确的检测技术的必要性。

传统钙钛矿气体传感器能够以较高灵敏度检测氨气，但大多数此类传感器含有铅（Pb）。铅会危害人体健康和生态环境，从而限制其商业化应用。为解决这一问题，研究团队开发了一种以锑（Sb）为基础的无铅钙钛矿材料——甲脒溴锑（FA₃Sb₂Br₉），并将其用作氨气传感器的活性传感材料。由此制备的传感器兼具环境友好性与优异的传感性能。

该传感器能够可靠检测低至1 ppm的氨气。随着氨气浓度升高，其信号持续增强，表明该传感器能够对氨气浓度进行定量测定。在100 ppm氨气环境中，传感器仅需13 s即可产生响应，电信号增幅高达235%，表现出优异的传感性能。对于甲烷（CH₄）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOₓ）、氢气（H₂）和甲醇（MeOH）等其他气体，该传感器的响应明显较低，证实其对氨气具有较高的选择性。储存两个月后，该传感器仍可保持约97%的初始性能，体现出良好的长期稳定性。此外，该传感器可采用溶液型材料，通过简单的旋涂工艺制备，适用于大面积生产和低成本制造。

除开发高性能传感器外，本研究最重要的成果之一是发现了一种新的氨气传感机制。传统理论通常认为，氨气传感器产生电信号是由于氨分子吸附在传感材料表面。然而，研究团队发现，氨分子会可逆地嵌入钙钛矿材料，并诱导形成p型掺杂。该过程能够提高材料的电导率并产生传感信号。这一机制与传统的表面吸附型传感机制存在本质区别，为进一步提高钙钛矿气体传感器的灵敏度和选择性提供了新的材料设计原理。

该技术可作为一种安全监测手段，用于及早发现以氨作为燃料或储氢载体的发电厂和船舶中出现的微量气体泄漏，也可部署于氨生产、储存和运输设施，以及化肥厂和化工厂。由于该传感器可通过较为简单的溶液加工工艺制备，因此适用于大面积制造和规模化生产。未来，该技术还可开发为多种产品形式，包括便携式检测仪、直接安装于管道上的传感器以及危险气体实时监测系统。

该技术有望推动目前高度依赖进口的高性能气体传感器实现韩国国产化，同时降低维护和运行成本。此外，它还有助于提升韩国材料与传感器产业在快速增长的氢能和氨能市场中的竞争力。

KIMS首席研究员兼项目负责人Myungkwan Song表示：“本研究的重要意义不仅在于采用更加环保的无铅钙钛矿材料开发出一种高灵敏度氨气传感器，还在于我们从原子尺度阐明了其传感机制。”他补充道：“我们预计，该技术将广泛应用于氢能和氨能基础设施的安全管理，以及工业场所的危险气体监测。”

该研究获得韩国科学技术信息通信部的支持，资助项目包括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，以及韩国国家科学技术研究会全球TOP战略研究集团计划。相关研究成果于2026年7月27日在线发表于材料科学领域国际期刊《Small Structures》（影响因子：8.9）。

翻译人：沈亚皓

来源：https://fuelcellsworks.com/2026/08/19/clean-energy/detecting-ammonia-leaks-at-concentrations-as-low-as-1-ppm