基于海水中甲烷气体探测的气体传感器及其敏感机理研究

According to the special environment of the ocean, investigation and development of the high performance methane gas sensor to meet high precision requirements for in-situ detection toward methane gas in seawater, and implementation of stable, fast and high precision detection and monitoring toward methane gas in the water have important scientific significances and practical application values.. At present, as the key device of in-situ detector, performance indexes of methane gas sensor, including gas response, stability and so on, can not meet the accuracy of detection of methane concentration in seawater and stability requirements in long term continuous monitoring. With the advantages of functional porous metal oxide powder materials prepared by solution combustion, this project will mainly carry out the following researches: (1) study on the control synthesis, performances and mechanisms of the sensitive materials for methane gas; (2) to obtain the series of the high-performance sensing materials and gas sensors with good sensing properties and applicable prospects for methane gas; (3) develop the high performance gas sensor of methane gas in seawater with high precision to meet requirements of in-situ detector. The results of the research project can meet the needs of the offshore oil and gas hydrate resource exploration, environmental protection, oil and gas leak pollutions and geological disaster monitoring. The research results of this project can realize detection of the methane gas in seawater with stable, fast and high precision quantitative, and provide accurate data and scientific basis for marine gas hydrate resources exploration and development, environmental protection, geological disaster monitoring, deep-sea hydrothermal sulfide exploration.

研究和开发针对海洋的特殊环境，满足海水中甲烷气体高精度原位探测要求的高性能甲烷气体传感器，实现对海水中甲烷气体的稳定、快速、高精度检测和监测，具有重要科学意义和实际应用价值。. 目前作为原位探测仪关键核心器件的甲烷气体传感器，在灵敏度、稳定性等性能方面尚不能满足海水中甲烷浓度的精度探测和长期连续监测稳定性要求。本项目利用溶液燃烧技术设计和构筑合成的多孔氧化物功能材料具有常规敏感材料不可替代的优点，重点开展（1）海水中甲烷气体敏感材料的控制合成、特性与敏感机制；（2）具有优良敏感特性和应用前景的高性能海水中甲烷气体敏感材料和系列传感器；（3）满足海水中甲烷气体高精度原位探测仪要求的高性能甲烷气体传感器的研究。研究成果可实现海水中甲烷气体稳定快速、高精度定量检测，为海洋天然气水合物资源的勘探、环境保护、地质灾害监测、深海热液硫化物勘查等提供精确数据和科学依据。

研究和开发针对海洋的特殊环境，满足海水中甲烷气体高精度原位探测要求的高性能甲烷气体传感器，实现对海水中甲烷气体的稳定、快速、高精度检测和监测，具有重要科学意义和实际应用价值。目前作为原位探测仪关键核心器件的甲烷气体传感器，在灵敏度、稳定性等性能方面尚不能满足海水中甲烷浓度的精度探测和长期连续监测稳定性要求。. 本项目将纳米结构与气体敏感材料相结合，开展甲烷、丁烷气体敏感材料的应用基础研究，开发出了一系列新的基于纳米多孔结构的敏感材料并应用于海水中甲烷气体传感器，为研制新型高性能检测海水中甲烷气体的敏感材料和系列传感器提供可靠的科学依据和基础；为海洋天然气水合物资源的勘探、开发、环境保护、油气污染泄漏、地质灾害监测、深海热液硫化物勘查等提供精确数据和科学依据具有重要的科学意义和应用价值。. 项目组严格按照基金项目计划执行和实施，取得了以下几方面的成果：. （1）通过溶液燃烧技术设计和构筑合成多孔结构金属氧化物功能粉体材料，提高了甲烷、丁烷气体传感器敏感性能；开展了敏感材料对甲烷气体吸附、脱附、催化反应，甲烷气体在敏感材料中的微观吸附机理以及相行为，敏感材料微观形态与宏观吸附的内在关系的综合定量化关系分析研究，揭示了其与甲烷、丁烷气体相互作用机理，为高精度探测传感系统奠定了科学和技术基础。. （2）根据甲烷气体传感器应用于海上作业的要求，采用特定的稳定助剂和电子助剂，利用稳定性好，防氧化，耐腐蚀，机械强度好的材料为加热器，获得了满足海上作业技术指标的甲烷气体敏感材料和稳定性、可靠性好的电极与加热器。. （3）研制出了具有独立知识产权的可以应用于“海水中甲烷气体原位探测仪”的高性能甲烷气体传感器。. （4）研究成果获授权发明专利4项；发表SCI收录论文20篇；培养青年教师4名，形成了一个在海水中甲烷气体敏感材料和器件领域中有一定影响的研究团队。

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