近日，健康学院朱志刚教授团队在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials ,IF=19）上发表了题为“光子激活与光热协同效应增强MXene异质结构对硫化氢（H2S）的检测性能”（“Synergistic Effects of Photoactivation and Photothermal in MXene Heterostructures for the Enhanced H2S Detection Capability”）的研究成果，健康学院韩雨彤副教授和硕士生殷紫阳为文章共同第一作者，朱志刚教授和韩雨彤副教授为共同通讯作者，上海理工大学为唯一通讯单位。该研究利用光子激活与光热协同策略，实现了室温气体传感器传感性能的综合提升，揭示了气敏性能提升的内在机理，并且成功应用于食品腐败监测和呼出气检测领域，为半导体基气体传感器的性能提升策略与应用提供了新的思路。
人类健康监测（如呼出气检测）、有害气体安全防控（含温室/爆炸性气体）及食品新鲜度检测等领域需求的快速增长，使得高性能室温气体传感器研发成为全球焦点。尽管化学电阻式气体传感器经多年研究已具备对多种气体的高灵敏度检测能力，但其商业化应用仍受限于选择性不足与响应/恢复动力学缓慢两大关键瓶颈，并且化学电阻材料对特定目标气体的响应机制仍存在显著的理论缺失。
为此，团队创新提出光子激活与光热协同策略。通过构建MXene/PbS异质结构，在近红外光（NIR）辅助下高效吸收光能，促进光生载流子分离，增强活性氧自由基（如·O2-和·OH）生成，显著提升H2S氧化效率。同时，光热效应使材料表面局部升温，加速气体分子运动，降低H2S活化能，提升吸附/解吸速率,该协同机制使传感器可在室温高效工作。利用原位红外光谱技术揭示了性能提升的内在机理。团队进一步构建了集成深度学习算法（1D-CNN/LSTM）的智能监测系统。在食品腐败监测方面，通过监测鸡蛋腐败释放的H2S，系统准确预测变质情况。在口腔健康诊断方面，通过分析呼出气中的H2S浓度，系统可实时识别口腔异味状态，为口臭、肠胃疾病提供无创筛查工具。
该研究突破了室温气体传感的理论与技术瓶颈。首创“光子激活-光热协同”机制，利用近红外光同时触发MXene/PbS异质界面高效光催化反应和原位光热效应，实现了H2S分子活化能降低与反应动力学加速，结合原位光谱和DFT模拟在微观层面验证了机制。所构建的智能系统在口腔诊断和食品腐败预警中验证了实用性，其协同机制为其他气体检测及低功耗物联网传感提供了通用框架。
传感机理示意图
智能监测系统应用与算法框架示意图
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202509735