钴基氧化物中Co自旋态调控提升丙酮传感性能

这篇研究通过调控钴基氧化物(Co-based oxides)中Co3+的自旋态(HS/LS)，创新性地提升了丙酮传感性能。采用Cu掺杂策略使八面体位CoOh的高自旋(HS)比例提升至64.8%，eg电子填充达1.296，显著增强了氧物种活性和气体吸附能力。优化后的CuBCO传感器对20 ppm丙酮响应值达26.8，较未掺杂样品(BCO)提升133%，为自旋态调控在气体传感领域的应用提供了新范式。

　　

亮点

通过铜原子掺杂策略，成功将钴基氧化物中八面体Co³⁺_Oh的高自旋(HS)比例从24.7%提升至64.8%，实现电子构型从低自旋(LS, t_2g⁵e_g¹)向高自旋(HS, t_2g⁴e_g²)的转变，平均e_g电子填充达1.296。

材料与合成

采用化学还原-煅烧法合成铜掺杂硼钴氧化物(CuBCO)，保持花状纳米片结构。XPS证实Cu-O-Co电子耦合引起Co_Oh 3d轨道重构，磁性测试验证自旋态转变。

传感性能

CuBCO对20 ppm丙酮响应值达26.8，是未掺杂BCO(11.5)的2.33倍，兼具优异选择性和循环稳定性。分子轨道理论分析表明HS Co³⁺通过e_g-O 2p轨道杂化增强氧物种活性。

结论

该工作开创性地将自旋态调控策略应用于气体传感领域，阐明e_g电子填充与传感性能的构效关系，为设计高性能传感材料提供新视角。