[發明專利]一種基于Pt/α-Fe2O3多孔納米球敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710013814.2
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106770497B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 盧革宇;劉暢;孫鵬;劉鳳敏;馬健;高原;孫彥峰;梁喜雙
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種基于Pt/α?Fe₂O₃多孔納米球敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法，屬于半導體氧化物氣體傳感器技術領域。本發明所使用的是由水浴法和浸漬法制得的Pt/α?Fe₂O₃多孔納米球敏感材料。利用貴金屬Pt納米顆粒對于有機氣體的催化作用，以及兩者之間的金屬?半導體異質接觸進而有效地提高了傳感器對于丙酮的敏感特性。此外，本發明所采用的傳感器結構是由市售的帶有2個環形金電極的Al₂O₃絕緣陶瓷管、涂敷在環形金電極和Al₂O₃絕緣陶瓷管上的半導體敏感材料、以及穿過Al₂O₃絕緣陶瓷管的鎳鉻合金加熱線圈組成。器件工藝簡單，體積小，適于大批量生產，因而在檢測微環境中丙酮含量方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于半導體氧化物氣體傳感器技術領域，具體涉及一種基于Pt/α-Fe₂O₃多孔納米球敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

丙酮在工業上不僅可以作為生產炸藥、塑料、橡膠的重要溶劑，還是用作合成烯酮、碘仿、環氧樹脂等物質的重要原料。然而，類似于其他有機溶劑，它具有易燃、易爆和具有刺激性等危害。而且，丙酮不僅具有較大的火災危險性，還對人的中樞神經系統具有麻醉作用，高濃度時甚至會導致人昏迷和死亡。另外，病理學研究表明丙酮是糖尿病患者呼氣的標記物。開發出基于半導體氧化物的高性能丙酮傳感器在糖尿病無痛診斷和病況監測方面大有裨益。因此，對于丙酮氣體的檢測具有十分重要的意義。

在種類眾多的氣體傳感器中，以半導體氧化物為敏感材料的電阻型氣體傳感器具有靈敏度高、檢測下限低、選擇性好、響應和恢復速度快、制作方法簡單、成本較低等優點，是目前應用最廣泛的氣體傳感器之一。隨著納米科學與技術的發展，將氣敏材料調控成納米結構能夠極大地提高材料的比表面積，增加活性位點，可以使氣敏特性得到改善。另外，通過貴金屬表面擔載在半導體表面，利用它的化學和電子敏化作用，可以使得氣敏材料得到進一步改性，從而獲得更好的氣敏特性。

α-Fe₂O₃是一種禁帶寬度近似為2.1eV的n型半導體材料，由于其優異的化學穩定性和較快的響應恢復速度被廣泛應用在氣體傳感方面。然而，盡管許多不同形貌、具有大比表面積和活性位點密度的α-Fe₂O₃材料被研制出來，但大多數α-Fe₂O₃在檢測VOC(揮發性有機化合物)氣體時，都表現出了較差的選擇性和較高的工作溫度。因此，利用貴金屬Pt的催化氧化能力，對于α-Fe₂O₃材料進一步改性，從而提升其氣敏性能至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于Pt/α-Fe₂O₃多孔納米球敏感材料的丙酮氣體傳感器及其制備方法。

利用Pt/α-Fe₂O₃多孔納米球作為敏感材料，一方面α-Fe₂O₃的三維結構使得孔隙度高、分散性好，為Pt的擔載提供了好的基體形貌，有利于氣體的傳輸和檢測；另一方面Pt納米顆粒具有較強的化學催化特性，且對多種VOC氣體都具有催化氧化的能力，所以會引起更多的氧分子參與反應；此外，由于α-Fe₂O₃和Pt之間費米能級不同，當它們接觸后會產生金屬-半導體異質結構，這些異質結的出現會為反應提供更多的反應活性位點。這三方面的共同作用大幅提高了氣體與敏感材料的反應效率，進而提高了傳感器的靈敏度。本發明所采用管式結構傳感器制作工藝簡單，體積小，利于工業上批量生產，因此具有重要的應用價值。