近日，我校机械工程学院张超教授团队在《Advanced Science》期刊发表了题为“Probing the Challenge of P-Type Semiconductors in Long-Chain VOC Detection: 3D Micro-Flower Zinc Cobaltate Heterojunction Sensors”的研究论文。该研究系统探讨了p型半导体在检测长链烷烃类气体十四烷中的关键挑战，提出了一种新型Fe掺杂WO₃负载ZnCo₂O₄ （Fe@WO₃/ZCO）三维微花结构异质结传感器，实现了对低浓度十四烷气体的高效检测。

图1 （a）ZCO-30的场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）图像，（b）放大后的扫描电子显微镜图像，（c）能谱（EDX）元素分布图。（d）所有样品在60–300 ppm十四烷浓度下的动态电阻响应曲线。（e）ZCO、WO₃/ZCO与Fe@WO₃/ZCO上十四烷和氧气扩散动态过程中的E_int能量变化。（f）ZCO在吸附十四烷和预吸附氧气后的电子密度差分析图。（g）Fe@WO₃负载ZCO传感器在空气和十四烷环境下的传感机理示意图。（h）Fe@WO₃/ZCO传感器的能带结构图。

研究中，团队通过一步溶剂热法合成了ZCO基微花状纳米结构，并引入Fe掺杂的WO₃纳米团簇形成n-p异质结结构。实验结果表明，该结构不仅具备优异的比表面积和晶体完整性，还显著提升了对十四烷气体的响应性能。在20 ppm浓度下，响应值可达22.5，且检测限低至78.4 ppb，恢复时间仅为36秒，体现了良好的灵敏度和快速响应能力。进一步研究表明，ZCO-30传感器在多次循环测试中表现出极佳的重复性和选择性，能有效区分十四烷与其他常见干扰气体（如乙醇、甲醇、己醇等）。此外，团队结合密度泛函理论（DFT）与分子动力学模拟（MD）深入揭示了气体吸附、电荷转移与界面电子行为等微观机制，为未来大分子气体的室温检测提供了理论依据与设计指导。

该项研究特别强调了在谷物贮藏过程中，十四烷作为早期霉变的挥发性标志物，对粮食品质监控具有重要价值。传感器在实际稻谷测试中成功检测出十四烷浓度的时序变化，验证了其实时监测潜力。

我校机械工程学院博士研究生刘可为第一作者，张超教授为通讯作者，研究得到了江苏省杰出青年基金，扬州科技计划项目和扬州大学青蓝工程的资助。