2024年分析測試科學獎二等獎：基于電鍍錫泥高質化回收制備痕量級氣敏響應材料研究與應用
完成單位：東北大學
完成人： 李建中、于凱、艾崢嶸、朱紅春、李培東、柳飛
成果簡介：本項目針對電鍍錫工藝的副產物——含有90 wt.%錫氧化物的錫泥，提出了綠色化、高附加值的回收應用工藝，為解決錫礦資源緊缺和傳統回收工藝能耗高、產品附加值低等問題提供了新方案。項目基于鍍錫板生產過程的副產物，創新性地開發了錫泥中S-SnO2的提取與活化工藝，將錫泥中的錫氧化物提取、分散、活化，利用改性錫泥制備多種氣體檢測傳感材料，包括SnO2、S-SnO2、SnO2/Sn3O4等多種改性錫基氣敏材料，并通過多維度調控手段實現了氣敏性能優化，為痕量級氣敏材料制備設計新的技術路線。在此基礎上，通過摻雜稀貴金屬以及有機聚合物等調制手段，大幅降低了傳感器工作溫度，提高了檢測限度、抗干擾能力和靈敏度。實現了低功耗傳感器對甲烷、二氧化硫、甲醛等有害氣體的痕量檢測，達到國際先進技術水平。
創新點及科學價值：（1）采用DFT理論的第一性原理計算，發現S摻雜后，SnO2電子激發效率和自由電荷濃度顯著提高，結構中出現的雜質態和活性位點增強了傳感響應。（2）計算了氣敏反應速率常數，基于阿倫尼烏斯方程建立了錫基氧化物傳感器反應活化能與氣體種類間的對應關系，為開發低功耗傳感器以及提升氣體選擇性提供了理論支撐。（3）利用貴金屬、稀土氧化物等摻雜，調控材料的表面活性和能帶結構，通過電子耗盡層、空間電荷調制及勢壘調制理論，建立了錫泥衍生物的氣敏響應模型。
社會經濟效益：新型電鍍錫泥綠色回收工藝不僅實現了資源的高效利用，還降低了傳統回收方式的高能耗和污染排放，符合國家綠色低碳發展戰略需求。通過創新性S-SnO2提取、活化工藝和高靈敏度氣敏材料的開發，本項目成功將低附加值錫泥轉化為可持續的高附加值資源，填補了資源回收領域的空白，并間接緩解了錫礦資源短缺帶來的產業壓力。錫泥再生工藝顯著提升了氣敏傳感器的性能，使其能夠精準檢測甲烷、二氧化硫等有害氣體，為環保及空氣質量檢測提供了技術支持。在此基礎上，項目成果獲得國際先進水平的認可，有望帶動相關上下游產業鏈發展，為產業鏈綠色轉型與生態經濟效益作出貢獻。
應用前景：該技術在工業氣體檢測市場展現出廣闊的應用前景?；阱a泥制備的氣敏材料，通過創新型的摻雜和活化工藝，使其可廣泛應用于甲烷、甲醛、二氧化硫等氣體的高靈敏度痕量檢測，滿足化工、石油、冶金等行業的檢測需求。該成果已在深圳愛多科有限公司等企業投入生產，并年均生產數百萬顆傳感器產品，創造出可觀的經濟效益。未來，隨著環保和健康監測需求的增加，這些高靈敏度傳感器有望在室內空氣質量監控、工業廢氣排放檢測、化工廠等環境監測領域得到廣泛推廣，為環保行業提供高效精準的技術解決方案，助力空氣質量改善和環保政策實施，推動我國在氣體檢測設備領域的技術創新和市場競爭力。
