近日，我院陈沁教授、文龙教授等通过气体分子调控表面等离激元热电子的界面传递行为，展示了一种光催化-光传感-光电探测一体集成的室温零偏压下工作的高灵敏和低延时氢气传感器。该单片集成的技术架构利用表面等离激元热电子同时作为光催化、光传感和光电转换的媒介，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提供了新思路，相关研究成果以“On-chip ultrasensitive and rapid hydrogen sensing based on plasmon-induced hot electron–molecule interaction”为题发表于Light: Science & Applications（论文链接）。
氢气作为一种清洁能源，在促进节能减排、调整能源产业结构、应对全球气候变化等方面意义重大。然而，氢气在泄漏时难以被察觉，累积后极易产生安全事故。为了更好地开发利用氢能，快速且高灵敏的氢气传感技术必不可少。目前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。然而，即便是性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，无法在泄露的初始阶段及时报警，且往往需在150 ℃或更高温度下工作。新的氢气传感技术与方法亟待发展。本文创新地提出了基于光催化-光传感-光探测一体集成的光电型氢气传感器，利用氢敏金属等离激元耦合产生的带内跃迁热电子，一方面可在氢分子/金属界面增强、加快催化断键反应，另一方面可越过金属-介质-半导体（MIS）肖特基结势垒形成与氢分子浓度相关的光电流信号，进而实现单片集成的高灵敏、低延时的氢气传感。更有趣的是，该技术的高灵敏性还得益于氢气环境下MIS结界面多物理机理协同作用，通过氢诱导界面极化层的热电子输运调制效应使器件可在0 V偏压下获得极高的响应开关比。
相比于现有技术，本文提出的光催化-光传感-光探测一体集成的氢气传感新技术原理，不仅结合了热电子界面传递行为带来的催化增强效应，并利用氢诱导产生的界面极化层反作用于热电子的光电转换，获得了灵敏度和响应时间等性能指标上的提升，探测极限达到ppm级，同时实现了低成本、高集成、零偏压和室温工作的传感器芯片关键技术。
