[發明專利]基于功能化SBA-15的質量型甲醛傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201010290719.5
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102033028A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 朱永恒;徐甲強;袁昊;王婧潔;范永
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種基于胺基功能化介孔材料SBA-15的石英晶體微天平(QCM)甲醛傳感器的制備方法，屬敏感材料及氣體傳感器技術領域。?

技術背景

科技進步和社會發展的同時，各種新材料、新技術的應用，也給人們的健康帶來了危害，研究表明，許多突發性疾病都是人們的生活環境受到有害氣體的污染而產生的。因此室內空氣質量問題已成為全球關注的熱點。室內空氣污染物主要包括甲醛(HCHO)、苯系物、總揮發性有機物的檢測等。改善室內空氣質量的首要前提是對室內空氣污染物的檢測，而實現對室內空氣污染物如甲醛、苯系物等的實時、準確的現場檢測和識別是控制室內空氣質量的兩個關鍵技術。因此開發能適時檢測各種有害氣體的傳感器，受到了各個國家的重視。傳統的SnO₂等金屬氧化物半導體氣體傳感器對這些氣體的低濃度檢測顯得不盡人意，人們在通過各種摻雜技術提高傳統傳感器的敏感性和選擇性的同時，也極力探索新型氣體傳感器及其敏感材料來解決室內空氣污染的監測問題。QCM作為一種相對廉價、靈敏的氣體傳感器，已廣泛應用于氣相測定，包括在線檢測大氣與環境污染物等。氣體的QCM檢測研究主要傾向于用有機化合物和生物成分修飾晶體表面，這樣可使QCM結合某種特定的氣態底物，從而提高檢測靈敏度和選擇性。因此QCM氣體傳感器越來越受到科研人員的重視，具有很大發展潛力和重要的應用價值，但在實現對甲醛、VOCs等有害氣體的低濃度檢測上目前QCM發展的重點仍是尋找新涂層敏感材料以及增強涂層選擇性。納米材料作為傳感器功能材料，正引起國內外科學家的極大關注。與一般納米材料不同，介孔材料不僅能和原子、離子和分子在材料的表面發生作用，而且這種作用還能貫穿于整個材料體相內的微觀空間。有機功能化的介孔材料更是因其可以對目標分子進行選擇性的識別在生物化學和電子學等領域有廣泛的應用前景。基于上述思想，首次把功能化的介孔材料SBA-15作為QCM質量型傳感器的敏感材料，構建性能優良的室內空氣污染物甲醛傳感器。不僅克服了上述半導體氣體傳感器的缺點，同時也為QCM找到了一種很好的甲醛敏感材料，更為功能化介孔材料開辟了一種新的應用領域。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于胺基功能化SBA-15的石英晶體微天平甲醛傳感器的制備方法。本發明的另一目的是提供一種具有優越敏感性能的甲醛敏感材料。?

本發明是一種基于胺基功能化SBA-15的石英晶體微天平甲醛傳感器的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟：?

a.胺基功能化SBA-15的制備方法：稱取0.1～0.9g不同孔徑的有序介孔材料SBA-15在80～140℃下煅燒活化1～6小時，將1.2～3.2mL的硅烷化試劑(β-羧基乙烷基三甲氧基硅烷)加入到4～50mL的甲苯有機溶劑中，充分混合，在回流狀態下勻速攪拌8～24h，而后用甲苯溶劑反復洗滌，過濾、干燥后，將得到的產物冷卻至室溫后即得到孔徑為2～50nm的胺基功能化的SBA-15。?

b.石英晶體微天平甲醛傳感器的制備：將上述制得的孔徑為2～50nm的胺基功能化的SBA-15在一定的介質中超聲分散20～50分鐘，得涂覆液；所用的介質為水、丙酮或乙醇的任一種；然后將涂覆液均勻涂覆在經過清洗的石英晶體微天平的電極表面，并在80～120℃烘干3～8小時，即得到所述的石英晶體微天平甲醛傳感器。?

本發明采用的胺基功能化SBA-15作為甲醛敏感材料的機理如下所述：?

(1)化學吸附脫附：介孔二氧化硅SBA-15孔壁上含有豐富的表面硅羥基，而硅羥基經胺基功能化以后其易與甲醛分子發生可逆的親核加成反應，而產生質量變化，從而引起QCM的頻率變化。?

(2)物理吸附脫附：功能化的有序介孔材料具有大的比表面積(一般在500m²/g)、高的孔隙率，也可以通過對空氣中甲醛分子的吸附脫附而產生質量變化。?

本發明方法制得的石英晶體微天平甲醛傳感器的優點和特點如下所述：?

(1)本發明以胺基功能化SBA-15作為甲醛的敏感材料，其孔徑均一且可調、比表面積大(一般在500m²/g以上)、孔隙率高、且由于孔壁上含有豐富的胺基功能團，易與甲醛分子發生可逆的親核加成反應，大大增加了甲醛傳感器的靈敏度和選擇性。同時胺基功能化的SBA-15(其主要成分是二氧化硅無生理毒性)作為甲醛的敏感材料其用量很少，比起市場化的甲醛敏感材料更為經濟、更有利于環保。?