[發明專利]一種基于氮化碳負載錳摻雜二維納米復合材料的甲醛氣體傳感器的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201610101696.6
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105758994B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 張勇;杜斌;馬洪敏;吳丹;范大偉
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業)37240
• 代理人: 李茜

技術領域

本發明涉及一種甲醛氣體傳感器的制備方法。屬于新型納米功能材料與環境監測技術領域。

背景技術

甲醛，又稱蟻醛。無色氣體，有特殊的刺激氣味，對人眼、鼻等有刺激作用。甲醛的主要危害表現為對皮膚粘膜的刺激作用,甲醛在室內達到一定濃度時，人就有不適感。大于0.08m3的甲醛濃度可引起眼紅、眼癢、咽喉不適或疼痛、聲音嘶啞、噴嚏、胸悶、氣喘、皮炎等。長期接觸甲醛增大了患上霍奇金淋巴瘤、多發性骨髓瘤、骨髓性白血病等特殊癌癥的幾率。

對于甲醛氣體的檢測方法主要有化學檢驗法和儀器檢驗法。化學檢驗法雖操作簡單，但靈敏度不高以及無法重復使用等缺點；儀器檢驗法，主要使用甲醛氣體檢測儀表對空氣中的甲醛氣體濃度進行定量檢測，具有靈敏度高、可重復使用、自動化程度高等優點，而被廣泛應用到工業生產當中。

對于儀器檢驗法所使用的甲醛氣體檢測儀，最核心的部件是對甲醛氣體具有定性定量響應的氣敏傳感器，也就是涂覆有不同納米功能材料的氣敏元件。氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器，原理是基于聲表面波器件的波速和頻率會隨外界環境的變化而發生漂移。它主要包括半導體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導體氣敏傳感器。

靈敏度是氣敏傳感器氣敏特性的重要表征。靈敏度定義為傳感器在大氣氣氛中的電阻值R_a與傳感器在一定濃度的被測氣體氣氛中的電阻值R_g的比值，即

因此，探究吸附性強、穩定性能好、催化活性高、對甲醛氣體具有特異性識別和可定量檢測的氣敏傳感材料，進而制備具有靈敏度高、響應快速、恢復時間短等特性的甲醛氣體傳感器對工業生產、人類健康具有重要的應用價值，同時也是環境監測技術領域研究的重點和難點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速的可用于甲醛氣體檢測的氣敏傳感器的制備方法，所制備的傳感器，可用于甲醛氣體的快速、靈敏檢測。基于此目的，本發明首先制備了一種新型二維納米材料，即氮化碳上原位復合錳摻雜的氧化鉬/二氧化鈦納米片的二維納米復合材料Mn-MoO₃/TiO₂@g-C₃N₄，利用該材料大的比表面積、介孔高氣體吸附特性和電子傳遞受材料表面氣體變化而影響敏感的諸多特性，實現了對甲醛氣體具有靈敏、快速響應的氣敏傳感器的構建。

本發明采用的技術方案如下：

1. 一種基于氮化碳負載錳摻雜二維納米復合材料的甲醛氣體傳感器的制備方法，所述的氮化碳負載錳摻雜二維納米復合材料為氮化碳上原位復合錳摻雜的氧化鉬/二氧化鈦納米片的二維納米復合材料Mn-MoO₃/TiO₂@g-C₃N₄；

其特征在于，所述的制備方法包括以下制備步驟：

（1）Mn-MoO₃/TiO₂@g-C₃N₄的制備；

（2）甲醛氣體傳感器的制備；

其中，步驟（1）制備Mn-MoO₃/TiO₂@g-C₃N₄的具體步驟為：

首先，取0.6~1.0 mmol鉬酸鈉和0.8~1.2 mmol錳鹽加入到5 mL鈦酸四丁酯中，攪拌過程中，緩慢加入0.5~0.8 mL氫氟酸，160~200 ℃下在反應釜中反應18~24小時，冷卻至室溫后，用超純水和無水乙醇離心洗滌三次后，50℃下真空干燥；其次，取150~250 mg干燥后的固體與400 mg三聚氰胺混合，并研磨成粉末；然后，將研磨的粉末放入馬弗爐中，升溫速度為1~3 ℃/min，在 480~560℃下煅燒0.5~5小時；最后，將煅燒后的粉末冷卻至室溫，即制得Mn-MoO₃/TiO₂@g-C₃N₄；

所述的錳鹽選自下列之一：硫酸錳、氯化錳、硝酸錳；

步驟（2）制備甲醛氣體傳感器的具體步驟為：