国家超级计算太原中心支撑省内高校论文在国际知名核心期刊发表！- 大数跨境

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国家超级计算太原中心支撑省内高校论文在国际知名核心期刊发表！

山西云时代先进计算分公司

2025-12-26

导读：点击上方“山西云时代先进计算分公司”关注近期，山西医科大学与太原理工大学联合研究团队依托国家超级计算太原中心（

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近期，山西医科大学与太原理工大学联合研究团队依托国家超级计算太原中心（以下简称“太原中心”），在气体传感材料研究领域取得重要突破。相关成果发表于化学材料领域国际知名期刊《Microchemical Journal》（DOI:10.1016/j.microc.2025.116519）论文题目为《Synthesis and gas sensing properties of palladium nanoparticles-functionalized spindle-like cerium oxide and ferric oxide nanostructure toward highly sensitive xylene detection》。

第一作者：赵俊秀（山西医科大学）

通讯作者：聂继盛（山西医科大学）；胡杰（太原理工大学）

研究背景:

二甲苯作为重要的工业原料和溶剂，广泛应用于塑料、橡胶、印刷等行业，同时也是一种常见的室内空气污染物，具有毒性和潜在致癌性。长期暴露于二甲苯环境中，即使浓度较低，也可能引发头痛、咽喉不适、呼吸困难等症状，高浓度暴露更可能导致神经系统与呼吸系统损伤。目前，传统检测方法如气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术虽然精度高，但设备复杂、成本高昂，难以实现实时现场监测。而基于金属氧化物半导体（MOS）的气体传感器，凭借其操作简便、成本低廉、易于微型化等特点，成为环境监测领域极具潜力的替代方案。

研究目的:

本研究致力于开发高灵敏度、高选择性、快速响应和高抗湿性的二甲苯气体传感器，通过采用贵金属功能化与异质结构筑相结合的材料优化策略，系统提升传感器的综合气敏性能，有效克服传统金属氧化物传感器普遍存在的工作温度高、选择性不足、抗湿性差等关键瓶颈，为室内外二甲苯污染实时监测提供高性能核心器件。

研究内容:

研究团队创新性地采用水热合成与化学还原相结合的方法，成功制备了钯纳米粒子功能化的纺锤状氧化铈/氧化铁复合纳米材料（Pd_zNPs@Ce_xFe_y），并通过调控材料组成与结构，系统优化了其气敏性能。结合多种表征手段和太原中心的算力支持，深入探究了异质结与贵金属修饰的协同气敏增强机制。

研究亮点:

1.通过调节Ce:Fe摩尔比与Pd负载量实现了对材料形貌、组分与结构的精准调控，成功制备了新型功能化纳米结构Pd_zNPs@Ce_xFe_y传感器并应用于二甲苯检测。

2.优化后的Pd₃NPs@Ce₁Fe₁传感器在240℃最优工作温度下，对100 ppm二甲苯的响应值高达79.3，是未修饰Ce₁Fe₁传感器的近两倍。

3.传感器响应/恢复时间分别为7秒和6秒，检测限低至20 ppb，并在20 ppb–2000 ppm范围内保持良好的线性响应，覆盖痕量到高浓度检测需求。

4.传感器对二甲苯展现出显著高于丙酮、甲苯、乙醇、甲醛等干扰气体的选择性，同时表现出卓越的重现性、长期稳定性和抗湿性，满足实际监测的可靠性要求。

5.通过CeO₂/Fe₂O₃异质结的构建与Pd/PdO纳米粒子的催化与电子调控效应，协同促进了氧气吸附与二甲苯氧化反应，实现了气敏性能的显著增强。

研究结论:

Pd纳米粒子功能化纺锤状CeO₂/Fe₂O₃纳米结构通过异质结构建与贵金属修饰的协同策略，实现了二甲苯气体的高灵敏、快速、高选择性检测。所制备的Pd₃NPs@Ce₁Fe₁传感器兼具低检测限、优异稳定性和抗湿性。该材料合成方法简便、可控性强，具备规模化生产潜力，不仅为二甲苯实时监测提供了高性能传感方案，也为其他挥发性有机污染物的检测材料设计提供了新思路。