隨著工業生產的發展、環境污染的加重和環保意識的加強，對各種常規乃至有毒有害氣體的檢測都提出了更高的要求。因此，對高效氣體檢測設備的開發愈發引起國內外學者的關注，并成為競相研發的熱點項目之一。

廣為應用的電流型電化學氣體傳感器具有測量精度高、可重復性好、價格低廉的特點。然而這類氣體傳感器在通電長期運行工作，長時間暴露在極端條件下（如高溫、高濕、干燥）都將嚴重影響其性能。即便在正常工作條件下，其傳統的基于水溶液的電解液仍存在著易揮發的特點，電解液的揮發將極大減損傳感器的使用壽命。為此，傳感器通常內置一層疏水透氣膜來降低電解液的揮發，但并不能徹底解決問題。并且，透氣膜的穩定性也會影響器材元件的響應時間和靈敏度。為解決以上問題，無透氣膜結構的氣體檢測系統廣受期待。在此情況下，離子液體因其電化學窗口寬、蒸汽壓低不易揮發、離子電導率高、物理化學穩定性良好、較大的可調控極性等優秀特點，成為了替換傳統水溶液電解液的有力候選。以離子液體為電解液將能有效解決電解液揮發的問題，同時達成無膜結構氣體傳感器的設計。然而離子液體因為自身黏度達，會降低氣體擴散到電極表面的速度，導致響應時間的延長和靈敏度的下降，進而成為離子液體在氣體傳感器應用上的最大障礙之一。

近日，新南威爾士大學趙川教授團隊和陜西師范大學房喻教授合作，展示了一種以離子液體為電解液結合微電極叉指陣列（IDA）的氧化還原循環信號放大技術。這種能通過氧化還原電對循環放大檢測信號的離子液體IDA氣體傳感器很好的彌補了上述離子液體在氣體傳感器應用上的缺憾。該方法通過集成化微電極叉指陣列來檢測具有可逆電化學反應的氣體，例如分子氧。傳感器的信噪比等檢測表現得到了有效增強，這得益于氣體分析物在微電極上擴散的改善，盡管單個微電極的電流密度很小，但整個微電極陣列相加所得電流密度相比于宏電極而言呈現出明顯增強的結果。

更重要的是通過施加不同電壓，待分析氣體分子在工作電極1上被還原，生成的中間產物（比如分子氧還原生成的超氧根離子）在工作電極2上再次被氧化成初始分子。兩組工作電極間氧化還原反應的循環往復進一步增強了檢測電流，使得IDA電極較之只有一組工作電極的 具有更加出色的檢測表現，進而令IDA傳感器兼具了高靈敏度（3.29 ± 0.06 nA cm^-2 ppm^-1）和低檢測極限（174 ppm）。該傳感器在典型氧氣濃度的檢測中表現出了良好的準確度和精密度。該傳感器的設計理念對器件靈敏度的增強更適用于可逆電極反應的分析物分子（例如二茂鐵/二茂鐵離子、氧分子/超氧根離子），對電極反應不可逆的氣體不響應（例如二氧化碳）， 可以排除來自于不可逆電化學反應物的干擾。對于IDA電極的應用亦可擴展到檢測其他可氧化還原的氣體，并且在單個IDA芯片上檢測2種或多種氣體在理論上具有可行性。

這一成果近期發表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是新南威爾士大學博士Richard Gondosiswanto，共同通訊作者是新南威爾士大學趙川教授和陜西師范大學房喻教授。

參考文獻

Redox Recycling Amplification Using an Interdigitated Microelectrode Array for Ionic Liquid-Based Oxygen Sensors.Anal. Chem., 2018, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04945

來源：X-mol