[發明專利]一種低溫硫化氫氣敏材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710052874.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106885830B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 崔光亮;張品華;張杰;王曉麗;陳麗
• 申請（專利權）人: 臨沂大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B1/00;C25D5/54;C25D9/04
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 董寶錁

本發明公開了一種低溫硫化氫氣敏材料及其制備方法，屬于電化學技術領域。解決了現有氣敏材料無法實現超低溫極端條件下氣體探測的問題，所述材料是由連續分布的Cu₂O和周期性間隔分布的Co₃O₄構成的納米線周期性陣列結構。制備方法包括(1)配置電解液；(2)以硅片或玻璃片為基底，在兩銅箔片電極間滴加電解液；(3)在控溫生長室內將電解液制冷結冰，放置20?40分鐘；(4)在電極上施加半正弦波形沉積電壓使電解質沉積；(5)沉積結束后取出基底并用去離子水清洗，得到附著在基底上的Cu₂O/Co₃O₄基低溫H₂S氣敏材料。本發明可用于超低溫極端條件下H₂S氣體的探測。

技術領域

本發明涉及一種低溫硫化氫氣敏材料及制備方法，屬于電化學技術領域。

背景技術

硫化氫(H₂S)是一種無色、易燃的酸性劇毒氣體，低濃度的H₂S氣體會損害眼、呼吸系統及中樞神經，濃度高時可以麻痹嗅覺神經而無氣味無法被察覺，吸入少量高濃度H₂S可于短時間內致命。所以，H₂S的準確探測十分重要。而且H₂S是一種可燃性氣體，爆炸下限僅為4％，所以探測時應該避免高溫。因此，低溫下的H₂S氣體探測成為人們研究的熱點。制備低溫下具有H₂S氣敏特性的敏感材料成為解決問題的關鍵。

目前，人們已經提出多種低溫下H₂S氣體敏感材料，包括多孔CuO納米片、CuO-ZnO納米棒、SnO₂納米線-還原氧化石墨烯復合物、以及Ag₂O-SnO₂有序介孔材料等。這些材料可以實現低溫(室溫-100℃)條件下對H₂S的敏感響應，降低了H₂S敏感材料高溫度工作的限制，實現了一定的技術進步。最近的報道顯示，基于氧化銅(Cu_xO)半導體納米結構的氣敏材料可以實現H₂S室溫條件下的準確測量。這主要是因為Cu_xO與H₂S相遇時會發生可逆的化學反應在材料表面生成具有金屬性的硫化銅(Cu_xS)，從而導致材料導電性的巨大變化，實現對H₂S的敏感探測。但是，更低溫度條件下的(甚至是低于冰點的極端溫度條件下)具備H₂S氣體敏感特性的材料還鮮有報道。

基于Cu_xO的異質結構納米材料的氣敏特性表現優異，但材料結構設計依然存在進步的空間。例如，Cu₂O-SnO₂納米異質結構材料表現出非常優秀的室溫H₂S感知性能。但是Cu₂O與SnO₂交界處的界面勢壘在空氣中(Cu₂O與SnO₂的界面勢壘)和硫化氫環境中(Cu₂S與SnO₂的界面勢壘)始終存在。空氣中，該界面勢壘對載流子輸運有抑制作用，這可以明顯增加材料的電阻率，也就是擴大了材料電導信號的可調節范圍，對氣敏特性的發揮是有利的；在H₂S環境中，材料表面生成金屬性的Cu₂S，導電性會因Cu₂S導電通道的形成而升高。但是，此時Cu₂S導電通道是間斷的(被SnO₂間隔開來)，Cu₂S與SnO₂之間依然存在界面勢壘，該勢壘對載流子的輸運依然起到抑制作用。也就是說，因為一直存在的界面勢壘導致導電性的變化無法實現最大化，因此無法實現氣敏特性的最優化。周期性異質有序結構納米材料普遍存在這一缺點。然而，普通多元復合納米材料結構中又沒有清晰的異質界面，這些材料結構的不足限制了氣敏特性的進一步提高。