[發(fā)明專利]層狀雙金屬氫氧化物氣敏元件在檢測乙醇中的應用

有效

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• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN110412101B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 秦玉香;王立萍;王霄飛;白憶楠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;C01F7/02;C01G9/02;C01G53/04
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開表面銀顆粒修飾的層狀雙金屬氫氧化物氣敏元件及其制備方法和應用，采用貴金屬表面修飾的方法制備出納米銀/層狀雙金屬氫氧化物的花形層狀分級納米復合結(jié)構。以LDHs的花形層狀分級結(jié)構提供的巨大的氣體吸附比表面積，以納米銀的化學敏化作用進一步改進和提升復合結(jié)構體系的乙醇敏感性能。本發(fā)明制備的三維分級復合納米結(jié)構中，層狀雙金屬氫氧化物與貴金屬銀之間具有協(xié)同耦合效應，形成的氣敏元件在室溫下對乙醇具有非常高的靈敏度和好的響應恢復特性，因此是一種極具潛力的室溫乙醇敏感元件。

技術領域

本發(fā)明屬于氣體傳感器技術領域，更加具體地說，涉及一種室溫探測乙醇的表面銀顆粒修飾的層狀雙金屬氫氧化物高性能氣敏元件的制備方法；在室溫下對乙醇可實現(xiàn)高靈敏度檢測，且具有極快的響應恢復特性，還展現(xiàn)出很好的選擇性。

背景技術

每年由于酒駕導致的交通事故，給人們帶來了嚴重的人身和財產(chǎn)安全。因此，為了降低酒駕事件，交通管理部門制定了嚴格的酒駕管理制度，并且一系列用于快速檢測人體呼出氣體所含酒精濃度的電化學傳感器也應運而生。其中，半導體金屬氧化物氣敏傳感器基于成本低、易制備等優(yōu)點已被廣泛的制備與應用。然而半導體金屬氧化物通常需要在高溫下工作才能獲得高的靈敏度。在現(xiàn)實中，高溫條件是一個很大的阻礙，它不僅耗費能源而且在傳感器制備過程中需要復雜的結(jié)構設計，這樣就很大程度上阻礙了集成電路小型化的發(fā)展，大大增加了成本；另外，高溫操作在很多情境下是不允許的，特別是在一些易燃易爆的環(huán)境中。因此，制備室溫下工作、高靈敏度及快速響應的氣敏傳感器來檢測乙醇，監(jiān)控酒駕者刻不容緩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，發(fā)展一種具有高靈敏度高響應特性的基于層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)的乙醇氣體傳感器元件。采用貴金屬表面修飾的方法制備出納米銀/層狀雙金屬氫氧化物的花形層狀分級納米復合結(jié)構。以LDHs的花形層狀分級結(jié)構提供的巨大的氣體吸附比表面積，以納米銀的化學敏化作用進一步改進和提升復合結(jié)構體系的乙醇敏感性能。本發(fā)明提供了一種利用貴金屬表面修飾法制備的基于二維層狀雙金屬氫氧化物與零維銀顆粒的三維分級復合納米結(jié)構構筑高靈敏乙醇氣體傳感器的新方法。制備的三維分級復合納米結(jié)構中，層狀雙金屬氫氧化物與貴金屬銀之間具有協(xié)同耦合效應，形成的氣敏元件在室溫下對乙醇具有非常高的靈敏度和好的響應恢復特性，因此是一種極具潛力的室溫乙醇敏感元件。

本發(fā)明的技術目的通過下述技術方案予以實現(xiàn)：

表面銀顆粒修飾的層狀雙金屬氫氧化物氣敏元件，由陶瓷基底、電極和層狀雙金屬氫氧化物薄膜層組成，電極設置在陶瓷基底上，層狀雙金屬氫氧化物薄膜層設置在電極上，層狀雙金屬氫氧化物為表面銀顆粒修飾的層狀雙金屬氫氧化物，在按照下述步驟進行制備：

步驟(1)：將由金屬離子M²⁺和M³⁺的硝酸鹽、尿素以及表面活性劑配置成的溶液進行水熱反應，以產(chǎn)生層狀分級結(jié)構的花形層狀雙金屬氫氧化物，其中M²⁺/M³⁺摩爾比為(2—10):1，采用的表面活性劑是十二烷基硫酸鈉，表面活性劑和尿素的摩爾比為(20—90)：6，水熱溫度150-180℃，水熱時間為2-12h；

步驟(2)將步驟1得到的層狀雙金屬氫氧化物均勻分散在水溶液，加入硝酸銀和還原劑，在水浴加熱伴隨攪拌的過程中，使得銀離子被還原而附著在花形層狀雙金屬氫氧化物表面，獲得銀顆粒表面修飾的層狀雙金屬氫氧化物，即三維分級復合納米結(jié)構氣敏材料，其中采用的還原劑是葡萄糖，葡萄糖溶液濃度為0.25-1M，硝酸銀溶液的濃度是0.05-0.2M，水浴加熱的溫度為60-80℃，水浴加熱的時間為0.5-3h，攪拌速度為每分鐘200-300轉(zhuǎn)。

在上述技術方案中，在反應之后都進行分離、清洗和干燥，清洗過程采用去離子水，離心清洗反應所得固體3-4次；所述的干燥條件為：干燥溫度為60—80℃，干燥時間為10—12h。