mile米乐m6(中国)官方网站v 开发了一种小型传感器，可以持续监测植物激素（乙烯）

1。 NIMS 和 AIST 开发了一种小型传感器，可以持续监测植物激素乙烯。乙烯可加速蔬菜和水果的成熟，但过量时会加速腐烂。使用这种小型传感器对乙烯进行持续监测将能够实现蔬菜和水果的最佳运输和储存管理，从而有望调整食用成熟度并减少食物损失。

2。乙烯是蔬菜和水果释放的气体分子，是一种植物激素，可以加速蔬菜和水果的成熟。通过在储藏室中添加乙烯，可以人为地促进蔬菜和水果的成熟，并且通过不断监测乙烯浓度并预测成熟进度，这将导致最佳的运输和存储管理。因此，农业和食品行业迫切需要廉价且紧凑的乙烯传感器。然而，目前市场上许多用于检测乙烯的小型传感器需要在高温（200至300摄氏度）下运行，并且由于传感器材料表面活性高，会与其他还原性气体分子（酒精、甲烷等）发生反应，导致难以选择性地检测乙烯。

3。在这项研究中，我们开发了一种紧凑型传感器，通过结合三种元素，可以选择性、灵敏地检测乙烯：选择性地将乙烯转化为乙醛的高活性催化剂、与乙醛反应产生酸性气体的试剂，以及高灵敏度检测酸性气体的单壁碳纳米管（SWCNT）修饰的电极（图1）。高活性催化剂，只需将含有乙烯的空气通入其中即可将乙烯转化为乙醛，并且可重复使用。此外，由于它在室温（40°C）左右运行，因此不需要维持在高温下，并且可以低功耗运行，因此适合小型传感器。乙醛与试剂反应产生的酸性气体作为半导体单壁碳纳米管的强吸电子剂，改变了单壁碳纳米管的电阻。利用这种机制，我们成功地以高灵敏度和选择性（仅 01 ppm 的乙烯）监测电阻变化。例如，用于催熟香蕉和猕猴桃的乙烯浓度分别约为 500 ppm 和 10 ppm，因此该传感器可以充分处理这些情况。

4。这种乙烯传感器体积小且节能，使得能够以低成本安装用于收集和联网信息（大数据）的传感器设备，我们相信它将能够推动旨在实现农业和食品工业中的社会50的举措。此外，我们正在设计另一种高活性催化剂，并开发一种紧凑型传感器，可以处理乙烯以外的气体分子。

5。这项研究由 NIMS 国际纳米建筑中心首席研究员 Shinsuke Ishihara、AIST 催化剂化学跨学科研究中心洪大超研究员以及 AIST 纳米材料研究部和印度理工学院 Mandi 的研究人员进行。该研究成果于2020年5月11日（美国东部时间）发表在美国化学会学术期刊《ACS 传感器》网络版上发布。

乙烯 (CH₂=中国₂)是蔬菜和水果释放的气体分子，是一种促进蔬菜和水果成熟的植物激素。乙烯还可以添加到蔬菜和水果的储藏室中以促进成熟（成熟），广泛用于香蕉、猕猴桃等。但是，如果乙烯过量，则成熟会过度进行，从而导致腐败（图2）。

持续监测乙烯浓度并预测成熟进度将带来最佳的运输和存储管理，因此农业和食品行业迫切需要廉价且紧凑的乙烯传感器。然而，为了高灵敏度和选择性地检测乙烯，目前需要昂贵且大型的设备，例如气相色谱法。另一方面，半导体材料^（1）电化学检测乙烯的小型传感器可以在市场上买到，但问题是它对其他还原性气体分子（酒精、甲烷等）反应不正确。这是因为半导体传感器一般在高温（200至300℃）下工作，因此传感器材料的表面活性很高，会与大多数还原性气体发生反应，导致难以选择性地检测乙烯气体。

在本研究中，我们将使用高活性催化剂 (Pd-V₂O₅-TiO₂)和与乙醛反应产生酸性气体(NH₂OH∙HCl) 和酸性气体单壁碳纳米管 (SWCNT)^（2）的电极的三个元件，我们开发了一种紧凑型传感器，可以选择性地、重复地高灵敏度检测乙烯（图3）。乙醛与试剂(CH₃CH3O + NH₂OH·HCl → CH₃CH=NOH + H₂O + HCl)产生的酸性气体(HCl)作为半导体SWCNT的强吸电子剂，改变了SWCNT的电阻。通过这种机制，只需 1ppm^（3）中的乙烯仅需5分钟的短时间内即可实现高灵敏度和高选择性。例如，用于催熟香蕉和猕猴桃的乙烯浓度分别约为 500 ppm 和 10 ppm，因此该传感器可以充分处理这些情况。该传感器的灵敏度（1 ppm 乙烯电流变化约 10%）是世界上最高的，测量 5 分钟的检测限为 02 ppm，测量 15 分钟的检测限为 01 ppm。这种高灵敏度是通过利用 AIST 先前开发的半导体 SWCNT 分离和纯化技术来实现的。请注意，一个传感器仅使用少量的 SWCNT，并且可以用 1 克 SWCNT 制造数百万个传感器。

针对传感器应用进行优化的高活性催化剂在实现这项研究中发挥着重要作用（图 4）。高活性催化剂是装在玻璃管中的粉末状固体材料（Pd-V₂O₅-TiO₂)，一种以空气中的氧气和水为底物的环保催化反应(瓦克反应^（4）)可以将乙烯转化为乙醛。我们证实，当 ppm 级乙烯通过时，几乎所有乙烯都转化为乙醛。高活性催化剂适合小型传感器，因为它们可以重复使用，并且由于它们在接近室温（40℃）的温度下运行，因此不需要维持在高温下，并且可以以低功耗运行。高活性催化剂中含有的钯（Pd）是一种贵金属，但一个传感器的用量仅为08毫克左右，按当前价格计算还不到10日元。

该传感器可以选择性地识别乙烯。如图5A所示，1 ppm和10 ppm乙烯的电流值增加，但对于由常见有机分子（甲烷、甲苯、氯仿、四氢呋喃、乙腈）构成的气体，电流值仅略有下降，并且可以很容易地将其与乙烯区分开。

10 ppm 乙烯和 10 ppm 乙醛给出了类似的响应（图 5A），但这是因为乙醛和酸性气体生成试剂 (NH₂OH·HCl)直接反应。现在，当我们准备一个不带高活性催化剂的附加传感器并比较响应时，两个传感器都会对乙醛做出响应，但只有具有高活性催化剂的传感器会对乙烯做出响应（图 5B）。这使您可以清楚地区分乙烯和乙醛。

1 ppm 乙烯和 500 ppm 乙醇也显示出类似的响应，因为一些乙醇在高活性催化剂上被氧化形成乙醛（图 5A）。这里，不含钯的催化剂（V₂O₅-TiO₂) 准备一个额外的传感器并比较响应时，两个传感器都对乙醇有响应，但只有使用高活性催化剂的传感器对乙烯有响应（图 5C）。这使您可以清楚地区分乙烯和乙醇。

13563_13706社会50^（5）此外，我们正在设计另一种高活性催化剂，并开发一种紧凑型传感器，可以处理乙烯以外的气体分子。

标题：用于乙烯传感的基于级联反应的化学电阻阵列
作者：Shinsuke Ishihara* (NIMS)、Ashish Bahuguna (IIT-Mandi、NIMS)、Suneel Kumar (IIT-Mandi、NIMS)、Venkata Krishnan (IIT-Mandi)、Jan Labuta (NIMS)、Takashi Nakanishi (NIMS)、Takeshi Tanaka (AIST)、Hiromichi Kataura (AIST)、 Yoshihiro Kon (AIST) 和 Dachao Hong* (AIST)
杂志：ACS 传感器
发布日期和时间：2020 年 5 月 11 日，美国东部时间
DOI：101021/acssensors0c00194

这项研究得到了日本学术振兴会科学研究补助金 (18H02016)、日本科学技术振兴机构 CREST (JPMJCR16Q2/JPMJCR18I5)、日本学术振兴会优秀研究员计划、NIMS 微观结构分析平台和 NIMS 实习计划的支持。

　(1) 半导体材料：

电阻率介于低电阻率导体（例如金属）和高电阻率绝缘体（例如塑料）之间的物质。由于电阻率随物理化学刺激而变化，因此用于晶体管、传感器等。[返回来源]

　（2）单壁碳纳米管（SWCNT）：

由碳制成的圆柱形单层石墨烯片制成的一维材料，根据其纳米结构表现出导电性或半导电性。通常，合成的SWCNT是金属和半导体的混合物，因此金属和半导体的分离和纯化对于制造高性能器件非常重要。[返回来源]

　(3) 百万分之一：

百万分之一的缩写； 1 ppm 代表百万分之一的浓度。例如，当将一滴（003 mL）物质添加到一个完整的家用浴缸（300 L）中时，浓度为 01 ppm。[返回来源]

　(4) 瓦克反应：

使用钯催化剂将具有碳双键的烯烃转化为醛或酮的氧化反应。[返回来源]

　（5）社会50：

第五个科技基本规划中提出的我国应该建设的未来社会。一个以人为中心的社会，通过网络空间（虚拟空间）和物理空间（现实空间）高度融合的系统实现经济发展和社会问题的解决。它被定位为继狩猎社会（社会10）、农业社会（社会20）、工业社会（社会30）、信息社会（社会40）之后的新型社会。[返回来源]