完成单位：东北大学

完成人： 李建中、于凯、艾峥嵘、朱红春、李培东、柳飞

成果简介：本项目针对电镀锡工艺的副产物——含有90 wt.%锡氧化物的锡泥，提出了绿色化、高附加值的回收应用工艺，为解决锡矿资源紧缺和传统回收工艺能耗高、产品附加值低等问题提供了新方案。项目基于镀锡板生产过程的副产物，创新性地开发了锡泥中S-SnO₂的提取与活化工艺，将锡泥中的锡氧化物提取、分散、活化，利用改性锡泥制备多种气体检测传感材料，包括SnO₂、S-SnO₂、SnO₂/Sn₃O₄等多种改性锡基气敏材料，并通过多维度调控手段实现了气敏性能优化，为痕量级气敏材料制备设计新的技术路线。在此基础上，通过掺杂稀贵金属以及有机聚合物等调制手段，大幅降低了传感器工作温度，提高了检测限度、抗干扰能力和灵敏度。实现了低功耗传感器对甲烷、二氧化硫、甲醛等有害气体的痕量检测，达到国际先进技术水平。

创新点及科学价值：（1）采用DFT理论的第一性原理计算，发现S掺杂后，SnO₂电子激发效率和自由电荷浓度显著提高，结构中出现的杂质态和活性位点增强了传感响应。（2）计算了气敏反应速率常数，基于阿伦尼乌斯方程建立了锡基氧化物传感器反应活化能与气体种类间的对应关系，为开发低功耗传感器以及提升气体选择性提供了理论支撑。（3）利用贵金属、稀土氧化物等掺杂，调控材料的表面活性和能带结构，通过电子耗尽层、空间电荷调制及势垒调制理论，建立了锡泥衍生物的气敏响应模型。

社会经济效益：新型电镀锡泥绿色回收工艺不仅实现了资源的高效利用，还降低了传统回收方式的高能耗和污染排放，符合国家绿色低碳发展战略需求。通过创新性S-SnO₂提取、活化工艺和高灵敏度气敏材料的开发，本项目成功将低附加值锡泥转化为可持续的高附加值资源，填补了资源回收领域的空白，并间接缓解了锡矿资源短缺带来的产业压力。锡泥再生工艺显著提升了气敏传感器的性能，使其能够精准检测甲烷、二氧化硫等有害气体，为环保及空气质量检测提供了技术支持。在此基础上，项目成果获得国际先进水平的认可，有望带动相关上下游产业链发展，为产业链绿色转型与生态经济效益作出贡献。

应用前景：该技术在工业气体检测市场展现出广阔的应用前景。基于锡泥制备的气敏材料，通过创新型的掺杂和活化工艺，使其可广泛应用于甲烷、甲醛、二氧化硫等气体的高灵敏度痕量检测，满足化工、石油、冶金等行业的检测需求。该成果已在深圳爱多科有限公司等企业投入生产，并年均生产数百万颗传感器产品，创造出可观的经济效益。未来，随着环保和健康监测需求的增加，这些高灵敏度传感器有望在室内空气质量监控、工业废气排放检测、化工厂等环境监测领域得到广泛推广，为环保行业提供高效精准的技术解决方案，助力空气质量改善和环保政策实施，推动我国在气体检测设备领域的技术创新和市场竞争力。