教授团队，经过气体分子调控外表等离激元热电子的界面传递行为，展现了一种光催化-光传感-光电勘探一体集成的室温零偏压下作业的高活络和低延时氢气传感器。
该单片集成的技能架构使用外表等离激元热电子一起作为光催化、光传感和光电转化的前言，为增强光子-电子-分子等相互作用以及便携式光学传感检测供给了全新思路，具有极高的研讨与使用价值。
氢气作为一种清洁动力，在促进节能减排、调整动力工业体系、应对全球气候均匀状况随时刻的改变等方面含义严重。但是，氢气在走漏时难以被发觉，累积后极易发生安全事故，例如2011年日本福岛核事故便是氢气走漏导致的爆破。为了更好地开发使用氢能，快速且高活络的氢气传感技能必不可少。
现在，商业产品以半导体氧化物体系与金属钯（钯合金）体系的电阻型氢气传感器为主。但是，即便是功能优异的电阻型传感器也只能快速地检测到500 ppm以上的氢气浓度，无法在走漏的初始阶段及时报警，且往往需在150 ℃或更高温度下作业。气体传感中常用的可调谐半导体激光器吸收光谱技能因为氢气吸收系数低也难以到达活络度要求，而且体系杂乱贵重。新的氢气传感技能与办法亟待开展。
外表等离激元光学传感器是近年来该范畴研讨的热门方向，其技能原理是凭借氢气作用劣等离激元金属的光参量改变或形变所引起的光学共振特性的差异作为检测信号，已取得了许多引人瞩目的打破。但是，现有的大部分光学传感技能包含外表等离激元氢气传感在内，都选用传感单元与勘探单元分立的架构，依赖于外部高精度光谱仪进行光传感信号解调，实用性方面不及电学型传感器，而且现有文献已报导的外表等离激元氢气传感器在活络度和呼应速度方面也存在缺乏。
提高光学传感器呼应活络度和呼应速度的中心问题是：怎么增强光与物质的相互作用而且完成传感信号的完美转译。得益于非辐射衰减热电子的发生、复合及其界面传递机理研讨，外表等离激元有望从单一光学使用拓宽至光化学（光催化、光电化学）和光电子器材（光发射、光勘探）等更宽广的使用场景中。
本文创新地结合外表等离激元热电子在光催化和光电转化过程中的特性，提出根据光催化-光传感-光勘探一体集成的光电型氢气传感器：（图1）使用氢敏金属经过外表等离激元耦合发生带内跃迁热电子，一方面可在氢分子/金属界面增强、加速催化断键反响，一方面可跳过金属-半导体肖特基结势垒构成与氢分子浓度相关的光电流信号，从而完成单片集成的高活络、低延时的氢气传感。
图1. 使用外表等离激元带内跃迁高能热电子的输运和界面传递行为，在氢敏金属-介质-半导体（MIS）结上完成催化增强及原位光电传感。
更风趣的是，此技能的高活络性还得益于MIS结界面上多物理机理协同发生的别致物理效应。本文中，研讨者发现热电子MIS结的光态伏安（I-V）特性曲线在空气与氢气下天壤之别：如图2（左上）所示，空气中MIS结的光照I-V曲线与惯例结型光电器材共同；而暴露在含氢气氛中后，光照I-V曲线V邻近展现出明显的S线（右上），根据此效应可在零偏压和室温条件下取得极高的传感呼应开关比。本文结合MIS结量子隧穿模型提醒该S线型I-V特性源于氢诱导界面偶极层对热电子在MIS结的搜集构成了调制作用。
图2. 本文所提出热电子氢气传感器的首要特性和功能展现。（左上）根据氢诱导界面偶极层对热电子隧穿特性调控的S线型光照I-V曲线；（右上）光照条件下器材取得远高于暗态作业时的氢气呼应开关比；（左下）低氢气传感检测限；（右下）光照下呼应速度明显提高。
很重要的一点，此新式传感器具有制备技能简略和低成本的特色，无需精细的图形化工艺，经过快速热退火构成无序金属纳米结构，合作低成本的白光LED光源，不依赖可调谐激光器和光谱仪等进行信号处理，因而具有低成本、便携的使用优势。
比较于现存技能，本文提出的光催化-光传感-光勘探一体集成的氢气传感新技能原理，不只结合了热电子界面传递行为带来的催化增强效应，并使用氢诱导发生的界面极化层反作用于热电子的光电转化，取得了活络度和呼应时刻等功能指标上的提高，勘探极限到达1 ppm级，一起完成了低成本、高集成、零偏压和室温作业的传感器芯片关键技能。
