[發(fā)明專利]一種室溫檢測硫化氫的復合納米材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710380001.7
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107085027B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 唐點平;舒健;邱楨麗;張康耀;呂姝臻
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明公開了一種能夠在室溫條件下對硫化氫氣體具有靈敏響應的無機/有機復合納米材料及其制備方法和應用。首先合成銅離子摻雜氧化錫，在銅離子摻雜氧化錫存在的情況下原位氧化聚合吡咯單體，形成銅離子摻雜氧化錫聚吡咯復合物，最后將制得的該無機/有機復合材料涂覆到叉指電極表面形成氣敏傳感膜。本發(fā)明涉及的原料易得，制備工藝簡單，成本低廉。在室溫條件下傳感器對痕量的硫化氫氣體具有靈敏的響應，且響應和恢復迅速，穩(wěn)定性高。本發(fā)明為室溫下硫化氫氣體的實時監(jiān)測提供了一種切實可行的方法。

技術領域

本發(fā)明涉及了一種能夠在室溫條件下對硫化氫氣體具有靈敏響應的無機/有機復合納米材料及其制備方法和和應用，屬于半導體納米材料和氣敏傳感技術領域。

背景技術

硫化氫（H₂S）是自然界，工業(yè)生產以及日常生活中廣泛存在的一種劇毒氣體，研究表明H₂S不僅能夠引起器件腐蝕、催化劑中毒，而且在極低的濃度下（ppm級）都能對人體健康造成極大影響。因此，實現(xiàn)對H₂S的準確，快速和高靈敏的檢測對環(huán)境監(jiān)測，工業(yè)生產以及日常生活都顯得尤為重要。

目前對于H₂S的監(jiān)測手段主要分為兩大類，而相比于依賴復雜昂貴的儀器設備和專業(yè)操作技術的傳統(tǒng)方法（如ICP-OES，HG-AFS，色譜，比色分析等），氣敏傳感技術由于簡單、快速，便攜、成本低廉特點而被視為最有效的檢測方式。眾所周知，氣敏傳感器的性能主要取決于所用敏感材料。目前，關于H₂S傳感材料的研究多集中于金屬氧化物半導體（MOS），該類材料在一定條件下能夠對較低濃度的 H₂S氣體進行響應。而且通過對材料復合，摻雜，表面修飾以及形貌調控等方法，還能在一定程度上改善其傳感性能。然而，受制于其氣敏傳感機理，MOS在較低溫度（＜150 ^oC）下普遍表現(xiàn)為靈敏度低，選擇性差，恢復速度慢。顯然，高的工作溫度不但降低了傳感器使用壽命，同時也使得器件變得復雜化和高能耗。最重要的限制了其在一些特殊環(huán)境如低溫或易燃易爆環(huán)境中的應用。與MOS不同的是，一些有機聚合物半導體如聚苯胺，聚吡咯（PPy）和聚噻吩以及他們的衍生物等能夠在較低的溫度條件下對氣體分子有較快地響應和恢復速度。有機半導體材料也常被用于氣敏材料并在氣體傳感領域占據(jù)重要地位。但是機械強度不足，化學穩(wěn)定性不高以及靈敏度偏低是有機半導體納米材料的普遍問題。因此．發(fā)展室溫下對H₂S具有靈敏且迅速響應的新型傳感材料依然是H₂S傳感領域的一個挑戰(zhàn)及重要研究方向。

發(fā)明內容

基于以上背景，本發(fā)明的目的在于提供一種在室溫條件下對H₂S具有靈敏響應，快速恢復能力的無機/有機復合納米材料及其制備方法，并提供相應的室溫傳感元件實現(xiàn)對H₂S檢測。其技術原理是先通過金屬離子摻雜增加無機半導體表面缺陷，提高其表面勢壘，然后再與有機半導體復合，形成無機有機異質結，進一步提高其響應靈敏度。同時，與有機半導體復合后增大了表面積，提供更多的反應位點，增強氣體的擴散與吸附，加速電子轉移，從而極大地提高響應和恢復速度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

本發(fā)明所述的無機/有機復合納米材料是銅離子摻雜氧化錫聚吡咯復合物，其成分含量特征如下: Cu²⁺與Sn⁴⁺的摩爾比為0.01-0.1，聚吡咯與銅離子摻雜氧化錫的質量比為0.01-0.3。

進一步優(yōu)選的，銅離子摻雜氧化錫聚吡咯復合物其成分含量特征如下：Cu²⁺與Sn⁴⁺的摩爾比為0.03-0.07，聚吡咯與銅離子摻雜氧化錫的質量比為0.05-0.2。

本發(fā)明提供的制備方法是先制備銅離子摻雜氧化錫，吡咯單體在銅離子摻雜氧化錫存在的情況下原位氧化聚合，形成銅離子摻雜氧化錫聚吡咯復合物。具體步驟如下：