Boosting Bulk‐to‐Surface Electron Transfer in CeO 2 via Oxygen Vacancy Channels for Ultrafast NO 2 Sensing

电子转移 材料科学 化学物理 电子传输链 电子 极化子 动能 吸附 超短脉冲 分子物理学 氧气 纳米技术 电子迁移率 热的 热化 限制 非平衡态热力学 氧化物 空位缺陷 桥接(联网) 热稳定性 非阻塞I/O 工作(物理) 不稳定性 光电子学 超快激光光谱学 反冲 化学 电子俘获 电子密度 毫秒
作者
Yucheng Ou,F. Wang,Nana Xu,Haiyang Song,Tao Liu,Bing Wang,Min Zhang,Lei Liao,Hui Xu,Haijun Liu,Qingjiang Li,Wei Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (17): e23186-e23186
标识
DOI:10.1002/advs.202523186
摘要

Modulating the electron transport dynamics in gas sensors is crucial for achieving rapid-response gas detection. However, polaron localization causes sluggish electron migration from the bulk to the surface, severely limiting surface electron concentration and reaction activity. In this work, we leverage the difference in migration barriers of surface Vo in CeO2 to drive the directional migration of surface Vo into the bulk via precisely controlled thermal treatment, thereby forming electron transfer channels bridging the bulk and the surface. Experiment result confirm that the formation of electron channels enhances electron transfer efficiency from bulk to surface, leading to a dual improvement in both electron concentration and reaction activity at surface Vo sites, which further promotes the adsorption and activation of O2 and NO2. Enabled by this strategy, CeO2 achieves long-term stability and new benchmark for ultra-fast detection of 20 ppb NO2 in 5 s at room temperature. This work provides a new strategy to resolve the kinetic contradiction between bulk electron transport and surface reactions.
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