太原理工大学胡杰联合九州大学Kengo Shimanoe在《Advanced Science》发表研究成果，成功开发出一种基于 Co₃O₄@Co₃(HITP)₂异质结构的传感器。该传感器通过 Co₃O₄纳米颗粒修饰导电金属有机框架（cMOFs）材料，解决了传统传感器在低温环境下灵敏度低、功耗高的痛点，实现了室温至冷藏温度（0-4℃）下 H₂S 气体的高灵敏、高选择性检测。更重要的是，该传感器集成无线传输模块后，可通过智能手机实时监测猪肉腐败过程中释放的 H₂S，为低温食品安全监控提供了全新的技术方案。
H₂S是一种具有剧毒和易燃性的气体，对人体健康与工业安全构成威胁。同时，在肉类腐败过程中，H₂S也是重要的腐败指示气体之一。传统H₂S传感器通常需在高温下工作，能耗高、安全性差，难以在冷藏或室温环境下直接应用。因此，开发低功耗、高灵敏、可低温工作的H₂S传感器具有重要现实意义。
低温高效：在室温和0–4℃下均能稳定检测H₂S；
高灵敏度与选择性：对H₂S响应显著高于其他干扰气体；
低检测限：理论检测限低至130 ppb；
便携无线系统：集成蓝牙传输，支持手机实时监测；
核心材料合成
采用溶剂热法制备 Co₃O₄@Co₃(HITP)₂异质结构材料：
先合成不同尺寸的 Co₃O₄纳米颗粒；
将 Co₃O₄纳米颗粒修饰到 Co₃(HITP)₂表面，形成异质结构；
传感器与检测系统构建
传感器制备：将异质结构材料直接滴涂在柔性 Au 叉指电极上，形成柔性化学电阻型传感器；
便携式系统：集成传感器、BLE 芯片、MCU 微控制器、ADC 模数转换器和电池模块，支持蓝牙 / WiFi 数据传输，可通过手机 APP 实时查看响应曲线和电阻值。
一种用于实时监测变质猪肉的完全集成的便携式无线硫化氢（H2S）传感系统。（a）Co3O4@Co3(HITP)2气体传感器的制造过程示意图。（b）包含基于Co3O4@Co3(HITP)2的传感器和无线通信系统的便携式传感系统概览。
灵敏度与检测限
室温下，对 0.5-400ppm H₂S 表现出灵敏且可逆的响应，500ppb H₂S 响应值达 1.28，10ppm 响应值 3.0，检测限 130ppb；
冷藏温度（0-4℃）下，对 1-400ppm H₂S 仍保持稳定响应，400ppm H₂S 响应值仅比室温下降 20.7%，完全满足冷藏食品监测需求；
响应值与 H₂S 浓度呈良好对数线性关系，可精准定量分析。
选择性与抗干扰性
温度与湿度影响
((a) Co5-x@Co3(HITP)2（x = 12, 22, 40, 67）和(b) Coy-12@Co3(HITP)2（y = 1, 2.5, 10, 和 20）在室温（RT）下，25%相对湿度（RH）条件下，对0.5–400 ppm硫化氢（H2S）的动态响应-恢复曲线，插图：响应-浓度双对数图。(c) Co5-x@Co3(HITP)2在室温下对100 ppm不同气体的响应。(d) 在存在100 ppm干扰气体的情况下，Co5-12@Co3(HITP)2对20 ppm硫化氢的动态响应-恢复曲线。
在低温（0◦C–4◦C）和25%相对湿度下，(a) Co5-12@Co3(HITP)2、(b) Co5-22@Co3(HITP)2、Co5-40@Co3(HITP)2和Co5-67@Co3(HITP)2对1–400 ppm硫化氢的动态响应-恢复曲线。
异质结电荷转移：Co₃(HITP)₂（功函数 4.79eV）与 Co₃O₄（功函数 5.97eV）接触后，电子从 Co₃(HITP)₂转移至 Co₃O₄，直至费米能级平衡，形成电子 - 空穴分离的异质结，降低电阻；
活性位点增强：12nm Co₃O₄纳米颗粒提供丰富活性位点，促进 H₂S 吸附，并降低反应活化能；
气体吸附与电荷转移：H₂S 与传感材料接触时，一方面直接向 Co₃(HITP)₂转移电子，另一方面通过 Co₃O₄活性位点强化吸附与电子转移，打破异质结平衡，导致电阻显著变化，从而产生高灵敏响应。
(a)Co5-12@Co3(HITP)2上室温下H2S吸收的实时原位DRIFTS光谱。
(b) Co3O4的紫外-可见光谱和(c) (ahν)²与(hν)的曲线。(d)Co3O4@Co3(HITP)2复合材料在暴露于H2S前后的能带示意图。
食品安全监控：用于冷藏肉类、海鲜等易腐败食品的新鲜度实时监测，通过便携式设备快速判断食品是否变质，降低食品安全风险；
工业安全检测：适用于天然气开采、石油化工等场景，低温无热源设计可避免安全隐患，实现 H₂S 泄漏的实时预警；
环境监测：可集成到空气质量监测设备中，精准检测低浓度 H₂S，助力污染溯源；
医疗健康：有望拓展用于呼气中 H₂S 检测，为相关疾病筛查提供新思路。
(a) Co₅-12@Co₃(HITP)₂传感器用于呼气H₂S检测的示意图。(b) 无线气体监测系统的功能模块。(c) 猪肉在室温和冷藏温度下储存不同时间后的传感器响应值。
胡杰，教授，博士生导师，科技部重点领域创新团队核心成员。研究方向涵盖微纳机电系统（MEMS/NMEMS）、半导体技术、微纳气体传感器、微纳电化学传感器、嵌入式传感器系统及煤矿安全传感技术。作为项目负责人主持国家自然基金面上项目、国家自然基金青年项目、中央引导地方项目、山西省自然科学基金及 山西省回国留学基金等项目10余项。参与国家“863”计划、山西省科技重大专项、山西省高等学校特色重点学科建设项目、山西省人才专项等项目8项。在Chemical Engineering Journal, Food chemistry, ACS sensors, Sensors and Actuators B: Chemical, Electrochimica Acta, Applied Surface Science, Langmuir, Nanotechnology, Lab on a chip.等刊物合作发表SCI论文100余篇，协助译著1部。授权专利4项。
Yongjiao Sun, Rongrong He, Wuchao Tian, Bingliang Wang, Zhenting Zhao, Zihan Wei, Koichi Suematsu, Wendong Zhang, Kengo Shimanoe, Jie Hu, A Novel Co₃O₄@Co₃(HITP)₂-Based Sensor for Low-Temperatures H₂S Detection: Fabrication, Performance, and Preliminary Exploration in Monitoring Pork Spoilage, Advanced Science
https://doi.org/10.1002/advs.202521071
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