甲醛是一种广泛存在于建筑装修材料、家具及工业产品中的挥发性有机污染物，长期暴露会对人体呼吸系统、神经系统乃至免疫系统造成严重危害，因此实现甲醛的快速、精准检测对于环境监测、公共健康和职业安全具有重要意义。传统金属氧化物半导体气体传感器虽然具有成本低、响应快等优势，但普遍依赖较高工作温度，存在能耗高、稳定性不足以及痕量检测能力有限等问题。如何实现室温条件下对超低浓度甲醛的高灵敏、高选择性检测，已成为气体传感领域的重要研究方向。

针对上述问题，研究团队创新性地采用一步水热法成功构筑了Bi掺杂SnO₂多孔纳米球材料。通过调控Bi元素掺杂，引入丰富氧空位，并形成晶态—非晶态共存结构，实现了电子结构调控与微观结构优化的协同增强。实验结果表明，最优组分5% Bi-SnO₂在室温下对0.1 ppm甲醛即可产生2.25的响应值，理论检测限低至5 ppb，同时具有优异的选择性、长期稳定性和湿度适应能力，各项性能均达到国际先进水平。进一步结合密度泛函理论（DFT）计算，研究团队揭示了材料性能提升的本质机制：Bi掺杂诱导的s-p与p-p轨道杂化有效重构了费米能级附近电子结构，提高载流子浓度和电荷传输效率；同时，离子半径失配带来的晶格畸变促进了氧空位生成，并结合多孔纳米结构和晶-非晶界面，显著增强了甲醛分子的吸附活化能力和表面反应动力学，实现了电子调控与结构工程的深度协同，为高性能气体传感材料设计提供了新的理论框架。

图 Bi-SnO₂传感器的室温传感性能及机制

该研究不仅提出了一种兼具高灵敏度、低功耗和高稳定性的室温甲醛检测新策略，而且建立了"轨道杂化调控-缺陷工程-多级结构优化"协同增强机制，为金属氧化物气敏材料的理性设计提供了新的思路。相关成果有望在室内空气质量监测、智能环境感知、呼气疾病诊断以及可穿戴传感器等领域展现广阔的应用前景。2026年7月5日，相关研究以“Bi-doped SnO₂ porous nanospheres for trace formaldehyde sensing at room temperature”为题，发表在《Chemical Engineering Journal》上。文章第一作者是沈阳化工大学孟丹教授，通讯作者是伞晓广教授、张磊博士和中国科学院过程工程研究所齐健青年研究员。