[發明專利]以CoMoO4為敏感電極的穩定氧化鋯基混成電位型三乙胺傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810013685.1
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108226256A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 盧革宇;劉方猛;王靜;閆旭;梁喜雙;高原
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407
• 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

一種以CoMoO₄為敏感電極的穩定氧化鋯基混成電位型三乙胺傳感器及其制備方法，屬于氣體傳感器技術領域。傳感器依次由帶有Pt加熱電極的Al₂O₃陶瓷板、穩定氧化鋯基板、Pt參考電極和CoMoO₄敏感電極組成，CoMoO₄敏感電極材料通過水熱法制備；參考電極和敏感電極彼此分立且對稱地制備在穩定氧化鋯基板上表面的兩端，穩定氧化鋯基板下表面與帶有Pt加熱電極的Al₂O₃陶瓷板粘結在一起。本發明以穩定氧化鋯作為離子導電層，利用具有高電化學催化活性的CoMoO₄復合氧化物材料為敏感電極，通過不同煅燒溫度(800℃～1100℃)來改變敏感電極層的微觀形貌，達到提高三乙胺敏感特性的目的。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器技術領域，具體涉及一種以CoMoO₄為敏感電極的穩定氧化鋯基混成電位型三乙胺(TEA)傳感器及其制備方法，其主要用于揮發性有機胺的快速檢測。

背景技術

三乙胺(TEA)是最重要的揮發性有機胺之一，具有無色透明、易燃、易爆、劇毒、刺激性強的特點，已被廣泛應用于工業生產過程，包括有機溶劑、阻聚劑、防腐劑、催化劑、合成染料等。同時，TEA也可能在死魚和海洋生物的腐化過程中產生，而且氣體濃度隨著死亡程度的惡化而顯著增加。更為重要的是，它會引起多種有害健康的影響，諸如：眼睛刺激、呼吸問題、肺水腫，甚至死亡。因此，開發具有高靈敏度、高選擇性和高穩定性的實時、快速、便攜和低成本的TEA 氣體傳感器具有至關重要的意義。

迄今為止，基于SnO₂、ZnO、α-Fe₂O₃、α-MoO₃、Zn₂SnO₄和NiFe₂O₄的金屬氧化物半導體(MOS)型TEA傳感器由于制作成本低、便攜性好、傳感特性好、靈敏度高等優點，已經被廣泛研究。但大多數MOS氣體傳感器缺乏快速響應和選擇性。相比之下，固態電解質型氣體傳感器由于對各種危險、易燃、易爆氣體具有優異的傳感性能而備受關注。其中，基于氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)電解質的混合電位型氣體傳感器由于其具有更好的環境穩定性和優異的選擇性而被認為是最有潛力的備選器件。到目前為止，已經開發出了多種YSZ氣體傳感器，用于檢測NO₂、NH₃、SO₂、H₂S、VOCs和碳氫化合物。然而，用于實現快速檢測TEA的基于混成電位模型的YSZ基氣體傳感器尚未見報道。

穩定氧化鋯基混成電位型氣體傳感器的敏感機理是：氣氛中待測氣體TEA 通過敏感電極層向三相反應界面擴散，在擴散過程中由于發生反應(1)，待測氣體TEA的濃度會逐漸降低，氧化物敏感電極的多孔性決定待測氣體TEA濃度的降低程度。在氣體/YSZ導電層/敏感電極的三相界面處，同時發生電化學還原反應和電化學氧化反應，反應(2)和(3)構成一個局部電池，當兩者反應速率相等時，反應達到平衡，在敏感電極上形成混成電位，它與參考電極的電位差作為傳感器的檢測信號。檢測信號大小由電化學反應(2)和(3)的速率來決定，而反應速率取決于敏感電極材料的電化學和化學催化活性、電極材料微觀結構 (比如材料的多孔性、粒度、形貌等)。因此，開發可用于TEA檢測的高電化學催化活性的敏感電極材料來構建高性能的TEA氣體傳感器非常必要。

反應式如下：

2C₆H₁₅N+39/2O₂→12CO₂+N₂+15H₂O (1)

39/2O₂+78e^-→39O^2- (2)