江苏大学青年教师以通讯作者身份在一区Top期刊（IF=28.9）上发表研究论文

近日，江苏大学乔冠军教授团队在Advanced Materials期刊上发表题为“La Doped Mullite Bi₂Fe₄O₉ Chemiresistive Gas Sensor for Ultra High Selective Detection of Ethylene Glycol”的研究成果。材料学院博士生赵玉立为论文第一作者，材料学院刘桂武教授、乔冠军教授及机械学院青年教师王明渊博士为通讯作者。

乙二醇（EG）作为关键的防冻剂和化学合成前驱体，其蒸气的高效检测对工业安全与环境监测具有重要意义。然而，现有传感器普遍存在选择性差、稳定性不足等问题。针对EG挥发性低、吸湿性强等特性，该研究通过缺陷工程与数据驱动策略，开发出兼具高选择性、高稳定性和超低检测限的EG传感器，并进一步集成了可穿戴智能监测系统。

莫来石型Bi₂Fe₄O₉具有无毒、成本低、热稳定性和化学稳定性好等优点，在可持续电子器件领域颇具潜力；其结构中的有序氧空位通道也为气体传感提供了有利条件。该研究以Bi₂Fe₄O₉为基底，通过高通量DFT计算，基于最小形成能筛选出结构稳定的La掺杂Bi₂Fe₄O₉（La-Bi₂Fe₄O₉），并利用分子动力学模拟进一步验证了其稳定性。随后，采用一步水热法制备了La-Bi₂Fe₄O₉材料。借助原子分辨率成像、微化学分析与DFT计算，研究证实La均匀掺杂于Bi位，有效提升了材料表面氧空位浓度和气体吸附能力。气敏性能测试表明，5%La掺杂的Bi₂Fe₄O₉（BLFO-5）传感器对EG表现出超高选择性、优异的重现性和长期稳定性，同时实现了极低的实际和理论检测限。

结合原位红外与DFT计算，研究进一步揭示了EG在材料表面的催化氧化路径：La掺杂促进EG脱氢生成*CH₂OHCH₂O中间体，继而经Langmuir-Hinshelwood途径完全氧化为CO₂。最后，基于ESP32-C3微控制器构建了可穿戴实时气体监测平台，并在实际环境中结合深度学习算法，将气体识别准确率提升至96.8%。

该研究发展的高性能EG蒸气检测技术，可精准监测设施农业防冻系统、养殖场供暖设备的EG泄漏及EG基农药挥发，为防范土壤、作物及水源污染，保障人员与畜禽安全，提供了创新技术方案，有助于提升农业生产合规性与食品安全管控水平。