近日，我校光电工程学院电子信息硕士专业学位授予点与西南大学联合培养的博士研究生张瑞在室温痕量挥发性有机物检测方面的研究取得新进展。研究成果以“Polyvinylpyrrolidone-enhanced terahertz metamaterials for room-temperature, trace VOC detection and discrimination”为题在国际期刊Chemical Engineering Journal（ IF= 13.2）上发表。张瑞为成果的第一作者，西南大学黄杰教授和我校光电工程学院李振华教授为成果的共同通讯作者，西南大学为第一署名单位，枣庄学院为第二署名单位。

团队构建了一种基于准连续谱束缚态（quasi-BIC）的太赫兹气体传感平台，利用超材料的局域电磁场增强效应与PVP的分子吸附能力，实现室温条件下丙酮、异戊醇和乙酸乙酯的定量检测。该成果将电磁模式调控与功能界面富集相结合，为提升太赫兹传感器对痕量气体的响应提供了新的思路。

该研究设计的超材料由周期排列的双开口谐振环单元构成，通过旋转内环打破结构对称性，建立电偶极亮模与两个quasi-BIC暗模之间的相干耦合。其中，磁环偶极主导的QBIC-1具有更强的近场局域化和能量约束能力，场与分析物的重叠效率达到61.30%，优于电四极主导的QBIC-2，为增强微弱气体信号提供了电磁基础。

图1 PVP功能化太赫兹超材料气体传感平台示意图

PVP功能层通过氢键和范德华相互作用吸附气体分子，如同“分子海绵”，在室温下实现气体富集，增强分子与超材料局域电磁场的相互作用。傅里叶变换红外光谱分析进一步揭示了PVP与不同气体分子的相互作用，为理解差异化传感响应提供了依据。

图2 超材料共振模式演化及电磁增敏机制

实验验证表明，在分别检测三种气体的条件下，该平台对丙酮、异戊醇和乙酸乙酯的检测限分别低至12.2、8.2和9.1 ppb，其中对乙酸乙酯的最大幅度灵敏度达到32.14%·lg-1(ppb)。随着浓度增加，丙酮的透射幅度持续降低，而异戊醇和乙酸乙酯的透射幅度增加；结合响应幅度差异，可实现对三种气体的区分。三次平行测量表现出良好的重复性，浓度响应拟合的决定系数R²均大于0.99。

图3 三种气体的检测性能及分子相互作用分析

该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。

原文章链接网址：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176936.

（文图/科技处、光电工程学院    编辑/葛晓霞    审核/闫昕）