[發(fā)明專利]一種基于液滴界面反應(yīng)的納米金自組裝膜氣體傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210062471.6
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102608171A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅鯤;黃濤
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于液滴界面反應(yīng)的納米金自組裝膜氣體傳感器的制備及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

近年來，一種利用異相反應(yīng)將納米粒子合成與自組裝一步完成的方法逐漸發(fā)展起來。由于通常需要借助液體的表/界面，可稱之為界面反應(yīng)自組裝法。例如，通過氣/液界面Hg2+與H2S的反應(yīng)，劉洪國和郝京誠等在花生四烯酸單層中一步合成了β-HgS納米晶規(guī)則陣列。與氣/液界面相比，液/液界面反應(yīng)自組裝在氧化還原體系選擇方面自由度相對較大，能夠自發(fā)形成致密的自組裝膜，具有其操作簡單、重現(xiàn)性好等特點。由于液/液界面上沒有優(yōu)先形核點，利于形成單分散納米粒子；且液/液界面具有流動性、張力環(huán)境和二維限制作用，可以將不斷反應(yīng)形成的納米粒子限制于界面內(nèi)，起到了壓縮作用，因此保證了自組裝膜的致密性。Rao等用液/液界面反應(yīng)方法合成了納米金屬、合金、硫化物等系列自組裝膜。Sanyal和Bera等以X光散射技術(shù)現(xiàn)場分析了Au納米粒子液/液界面反應(yīng)自組裝過程，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)初期甲苯/水界面首先會形成一些Au納米粒子團簇(d≈7nm)，團簇結(jié)合成自組裝膜后，彼此之間仍保持有約4nm的間隙，表明有機配體分子既起到保護單個Au納米粒子的作用，又橋接了Au納米粒子團簇。

由于Au納米粒子是通過配體分子彼此連接起來的，因此其電子傳輸過程也主要受配體分子阻抗的支配。理論上，當有氣體分子吸附于配體分子上時會對電子傳輸過程產(chǎn)生新的阻抗，表現(xiàn)為阻抗信號，從而使Au納米粒子自組裝膜形成阻抗響應(yīng)效應(yīng)，表現(xiàn)為氣體敏感性。利用Au納米粒子自組裝膜制備新型氣體傳感器需要解決兩方面的問題。其一，要解決Au納米粒子自組裝膜厚度極薄(80nm左右)導(dǎo)致其自身阻抗大、信號弱的問題；其二，一般液/液界面反應(yīng)得到的Au納米粒子自組裝膜需要轉(zhuǎn)移到電極上，但這一過程容易導(dǎo)致薄膜的破壞。本發(fā)明提出直接在金插指微陣列電極(IDA)表面進行液滴界面反應(yīng)，在甲苯/水界面形成金納米粒子自組裝膜可以直接在IDA上形成，并與其形成良好接觸，進而組成阻抗型傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種利用金納米自組裝膜進行有機物氣體傳感分析的方法及應(yīng)用。

具體步驟為：

(1)將金插指微陣列(IDA)電極玻片浸入含有1-5mmol/L三苯基磷氯金的甲苯溶液，微陣列電極面朝上方；用移液器在IDA電極位置處加入100-300μL含有1-5mmol/L四羥甲基氯化磷水溶液，形成液滴；液滴大小取決于IDA電極的尺寸，通過水溶液加入量進行調(diào)節(jié)；

(2)三苯基磷氯金與四羥甲基氯化磷在甲苯/水不互溶界面反應(yīng)5-200分鐘，三苯基磷氯金被四羥甲基氯化磷還原形成納米金粒子；金納米粒子在甲苯/水界面通過反應(yīng)形成的有機磷配體(即三苯基磷和三羥甲基磷)彼此相互連接，構(gòu)成超薄納米金自組裝膜；

(3)將反應(yīng)后的IDA電極玻片從甲苯溶液中取出，烘干后用去離子水和丙酮各進行3次清洗，移除界面反應(yīng)殘留物后烘干，得到由納米金自組裝膜與IDA電極直接接觸構(gòu)成的導(dǎo)電通路，構(gòu)成阻抗型傳感器；

(4)當甲醇、甲醛、苯或甲苯的有機物氣體吸附于自組裝膜表面時，通過自組裝膜的電流會顯著降低；當有機物氣體脫附后電流又恢復(fù)到原有水平，顯示出氣體敏感性，能夠作為氣體傳感器加以應(yīng)用。

本發(fā)明操作簡單，相應(yīng)速度快，重現(xiàn)性好，對有機氣體的選擇性強。

附圖說明

附圖為本發(fā)明納米金自組裝膜氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標記：1-納米金自組裝膜；2-金插指微陣列(IDA)電極。

具體實施方式

實施例：

(1)將市購IDA電極玻片(50組電極陣列，正負極間距10μm)浸入含有3.3mmol/L三苯基磷氯金的甲苯溶液，微陣列電極面朝上方；用移液器在IDA電極位置處加入一滴(體積為165μL)含有3.3mmol/L四羥甲基氯化磷和31mmol/L氫氧化鉀的水溶液，形成液滴；

(2)室溫下(25℃)三苯基磷氯金與四羥甲基氯化磷在步驟(1)所示的甲苯/水不互溶液滴界面上反應(yīng)10分鐘，液滴形狀逐漸變扁；顏色由無色透明變?yōu)榈S色，此時薄膜已經(jīng)形成；三苯基磷氯金被四羥甲基氯化磷還原形成納米金粒子，在甲苯/水界面通過反應(yīng)形成的有機磷配體(即三苯基磷和三羥甲基磷)彼此相互連接，構(gòu)成超薄納米金自組裝膜；

(3)將經(jīng)過步驟(2)反應(yīng)處理的IDA電極玻片從甲苯溶液中取出，烘干后用去離子水和丙酮各進行3次清洗，移除界面反應(yīng)殘留物后烘干，得到由納米金自組裝膜與IDA電極直接接觸構(gòu)成的導(dǎo)電通路，進而構(gòu)成阻抗型傳感器；

(4)當甲醇、甲醛、苯或甲苯的有機物氣體吸附于自組裝膜表面時，通過自組裝膜的電流會顯著降低；當有機物氣體脫附后電流又恢復(fù)到原有水平，顯示出氣體敏感性，能夠作為氣體傳感器加以應(yīng)用。