科学网—中原工学院尹莉和郑州大学陈德良/张锐等：微波诱导富异质结CuO/SnO 2/RGO纳米片把低温H 2 S检测推向超灵敏新高度-清华大学出版社学术期刊的博文

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2026-3-18 10:08

| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流

原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊

Cite this article:

Yin L, Zhao K, Han M, et al. Ultrasensitive low-temperature H 2 S detection enabled by microwave-synthesized CuO/SnO 2 /RGO composite nanosheets with abundant heterojunctions. Journal of Advanced Ceramics , 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221282

文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221282

ResearchGate ： Ultrasensitive low-temperature H2S detection enabled by microwave-synthesized CuO/SnO2/RGO composite nanosheets with abundant heterojunctions

基金支持： 本研究获国家自然科学基金（ 51602357 ）、河南省自然科学优秀青年基金（ 212300410097 ）和河南省科技攻关计划项目（ 252102230131 ）支持。

一、 导读

硫化氢并不 “ 张扬 ” ，却足够危险。它常见于石油化工、污水处理、天然气开发等环境，哪怕在较低浓度下，也可能对人体健康和工业安全造成严重威胁。真正有挑战的，不只是把它检测出来，而是在更低温度、更短时间、更复杂环境中，依然实现高灵敏、可重复、可实用的精准识别。

围绕这一问题，本研究采用绿色、高效的一步微波法，可控构筑由 CuO/SnO 2 纳米晶修饰还原氧化石墨烯（ RGO ）组成的富含异质结的 CuO/SnO 2 /RGO 复合纳米片；利用微波辅助微波热点效应促使活性 p-n 异质结型复合纳米晶在 p 型 RGO 表面高分散原位生长、均匀锚定，形成了丰富而高效的异质结组合网络，有效解决了复合材料中掺加相难以均匀分布的技术难题；同时，这种均匀分散的异质结、氧空位共同调控材料界面电荷转移和表面 H 2 S 吸附，叠加 CuO 与 H 2 S 生成金属化 CuS 的可逆反应，极大改善了气敏性能。

二、文章亮点

首先，常压微波诱导实现了富含异质结的 CuO/SnO 2 纳米细晶颗粒均匀分布在 RGO 表面，形成细晶层完整包覆的 CuO/SnO 2 /RGO 复合纳米片。

更令人惊艳的是性能表现，该材料把几个通常难以同时做到的指标硬是拉到了一起：在 80 °C 低工作温度下，对 50 ppm H 2 S 的响应高达 28233 ，响应时间仅 2 s 。这一性能不仅远超许多已报道的 SnO 2 基和 CuO 基 H 2 S 传感材料，而且在 “ 低温 — 高响应 — 超快预警 ” 的综合平衡上表现得尤为突出。进一步看，在更适合循环工作的 130 °C 下，传感器对 10 ppm H 2 S 仍保持约 380 的高响应，同时具备优异选择性、良好重复性和长期稳定性，以及在高湿环境下仍可辨识的可靠输出。

这项工作并非简单 “ 叠材料 ” ，而是给出了一条清晰的性能提升逻辑：丰富的均匀分布的 p-n/p-p 异质结调控界面势垒； RGO 导电网络加速载流子传输；高比表面积与氧空位增强气体吸脱附； CuO 与 H 2 S 发生的可逆硫化，进一步放大电学响应。几种机制彼此协同，最终最大化材料的低温 H 2 S 检测水平。该研究不仅获得了一种高性能 H 2 S 敏感新材料，更提供了一种面向更多危险气体低温、高效、快速预警的材料设计新范式。

三、作者及研究团队简介

尹莉 ，中原工学院物理与光电工程学院教授，硕士研究生导师。长期从事低维无机纳米功能复合材料的制备及气敏、催化等光电性能研究。

研究方向 ：主要包括金属氧化物半导体基多级结构复合材料的设计、实验制备与光电性能研究，涉及气敏传感、光催化、电催化等领域。

个人主页 ：中原工学院个人主页（ https://wdxy.zut.edu.cn/info/1027/1147.htm ）

作者邮箱 ： lilyyin@zut.edu.cn

作者 ORCID ： 0000-0002-9198-4118

陈德良 ，郑州大学教授，博士生导师；长期从事先进陶瓷与功能复合材料的制备、表征分析与应用研究。

研究方向 ：主要包括无机微纳材料结构调控与能源环境应用。重点聚焦在过渡金属陶瓷纳米材料、生物质碳材料、层状固体插层剥离化学、金属氧化物半导体材料、矿物材料改性等方面，发展能源与环境催化、化学传感、储能、导热、环境修复等功能新材料等领域。

个人主页 ：郑州大学个人主页 https://www5.zzu.edu.cn/clgc/info/1207/4360.htm

作者邮箱 ： dlchen@zzu.edu.cn

作者 ORCID ： 0000-0002-2076-8733

张锐 ，郑州大学教授，博士生导师；长期从事陶瓷基复合材料的制备及性能研究。

研究方向 ：主要包括碳化硅基复合材料的制备及高温特殊电性能研究、微波辅助材料制备及相关机理研究，不同介质损耗材料的吸波性能研究等领域。

个人主页 ：郑州大学个人主页 https://www5.zzu.edu.cn/clgc/info/1215/4331.htm ；河南省科学院个人主页 https://www.hnskxy.com/info/1043/4284.htm

作者邮箱 ： zhangray@zzu.edu.cn; zhangray@zzia.edu.cn

作者 ORCID ： 0000-0003-1836-1245

作者及研究团队在 Journal of Advanced Ceramics 上发表的相关代表作：

1 ） Chen Y, Chen M, Lei H, et al. Microwave-assisted synthesis of high-performance TaC nanorods for enhanced electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics , 2025, 14(8): 9221130. https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221130

2 ） Zeng X, Jiang X, Ning Y, et al. Construction of dual heterogeneous interface between zigzag-like Mo–MXene nanofibers and small CoNi@NC nanoparticles for electromagnetic wave absorption. Journal of Advanced Ceramics , 2023, 12(8): 1562-1576. https://doi.org/10.26599/JAC.2023.9220772

3 ） CHEN Y, FAN B, SHAO G, et al. Preparation of large size ZTA ceramics with eccentric circle shape by microwave sintering. Journal of Advanced Ceramics , 2016, 5(4): 291-297. https://doi.org/10.1007/s40145-016-0202-4

《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊， 清华大学 主办， 清华大学出版社 出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2025 年发文量为 202 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 34 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108

投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer

期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508

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