[發明專利]一種基于光電耦合效應的電化學傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201711134128.7
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN108195907B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 金涵;梁紅秋;簡家文;鄒杰
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/406
• 代理公司: 33226 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 方小惠<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于光電耦合效應的電化學傳感器及其制備方法，該電化學傳感器包括YSZ固體電解質層、加熱片、參比電極和三個敏感電極。三個敏感電極分別為第一敏感電極、第二敏感電極和第三敏感電極，第一敏感電極的材料為氧化鋅，第二敏感電極的材料為氧化鋅和氧化鐵的混合物，氧化鋅和氧化鐵的混合物中，氧化鐵質量為氧化鋅質量的20％；第三敏感電極的材料為氧化鋅和氧化鈰的混合物，氧化鋅和氧化鈰的混合物中，氧化鈰質量為氧化鋅質量的30％，參比電極的材料為二氧化錳；優點是在保證不縮短使用壽命的基礎上，使用易于獲取的材料制備，靈敏度較高，且可通過光照調整傳感器對不同氣體的光電耦合效應，實現對多種氣體高效識別，選擇性強。

技術領域

本發明涉及一種電化學傳感器，尤其是涉及一種基于光電耦合效應的電化學傳感器及其制備方法。

背景技術

電化學傳感器已經廣泛應用于空氣質量監測、減少廢氣排放和醫療保健等領域。現有的電化學傳感器種類繁多，其中，基于氧化鋯(YSZ)的化學傳感器能夠在高濕度和高溫(≥450℃)等惡劣環境下持續保持1200小時工作不被破壞，得到了相當大的關注。

目前，基于氧化鋯的化學傳感器主要包括從上到下排布的電極層、固體電解質層和加熱片，固體電解質層的材料為氧化鋯，加熱片的材料為氧化鋁，固體電解質層和加熱片為形狀大小相同的立方體型，固體電解質層貼合固定在加熱片上，電極層包括三個敏感電極和一個參比電極，三個敏感電極和一個參比電極均為立方體型，三個敏感電極和一個參比電極分布在固體電解質層的上表面上，三個敏感電極和一個參比電極的中心連線形成四邊形。現有的電化學傳感器是通過敏感電極與被測氣體發生反應并產生與被測氣體濃度成正比的電信號來工作。由于電化學傳感器產生的電信號是通過敏感電極與被測氣體發生反應而生成的，敏感電極的材料直接決定了敏感電極與被測氣體是否能充分快速的發生反應，由此，敏感電極材料的篩選是制備傳感器的關鍵技術。在電化學傳感器工作過程中，敏感電極與被測氣體的接觸有限，由此會導致制備敏感電極的材料不能發揮其本身所有的優勢，導致電催化活性弱，以致電化學傳感器的靈敏度低。

為了提高電化學傳感器的靈敏度，研究人員主要從以下兩個方面進行了研究：探尋更多的電活性敏感材料來制備敏感電極和通過蝕刻固體電解質層來增加反應位點。但是，現有領域中的電活性敏感材料已被廣泛應用，未知的性能更好的電活性敏感材料的探尋耗時且低效，獲取周期長且獲取成本高；而通過蝕刻固體電解質層的方式雖然可以一定程度上提高電化學傳感器的靈敏度，但是該種方式會縮短電化學傳感器的使用壽命。如何在保證不縮短使用壽命的基礎上，使用易于獲取的材料來提高電化學傳感器的靈敏度成為目前亟待解決的問題。

近期，有相關報道提出采用具有光催化活性的氧化鋅來制備敏感電極，采用光催化方式來激發制備敏感電極的氧化鋅光催化活性，使其與氣體產生反應由生成感應信號輸出。目前，我們將這種傳感器稱為基于光電耦合效應的電化學傳感器。該電化學傳感器在不縮短使用壽命的基礎上，使用氧化鋅材料來制作，靈敏度較高。但是，該電化學傳感器存在以下問題：一、氧化鋅材料存在光腐蝕的問題，該電化學傳感器長時間工作在光照中穩定性會逐步降低，可靠性不高；二、氧化鋅對二甲苯，三甲基苯，乙苯和甲苯這幾種測試氣體的催化活性程度類似，當待測混合氣體中含有這幾種氣體中的兩種以上時，不能夠分離這幾種氣體，選擇性差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是提供一種在保證不縮短使用壽命的基礎上，使用易于獲取的材料制備，靈敏度較高，且可通過光照調整傳感器對不同氣體的光電耦合效應，實現對多種氣體高效識別，選擇性強的基于光電耦合效應的電化學傳感器。