[發明專利]一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810495909.7
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108931559B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 慈立杰;彭瑞芹;李元元;陳靖樺;李德平
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明涉及一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏傳感器及其制備方法，屬于三乙胺氣敏傳感器領域。所述氣敏材料由負載硼原子的還原氧化石墨烯、Au顆粒、ZnO納米顆粒，其中，ZnO納米顆粒包覆在作為核結構的金顆粒表面，負載硼原子的還原氧化石墨烯附著在ZnO納米顆粒上，Au顆粒的直徑為100nm?1.5μm，ZnO納米顆粒直徑為30?50 nm之間，硼原子的摻雜比例控制在3?5%之間。本發明利用氣敏材料的核殼結構電子轉移速度快，石墨烯材料比表面積高，硼摻雜石墨烯p型半導體特性與殼層ZnO構建異質結能夠提高氣敏性能的特點，制備出了能夠在近室溫實現對三乙胺這種有毒、易爆氣體的高靈敏度探測。

技術領域

本發明涉及三乙胺氣敏傳感器領域，具體涉及一種核殼異質結型三乙胺氣敏傳感器及其制備方法。

背景技術

自20世紀60年代，Seiyama等人首次利用金屬氧化物半導體研制出可燃性氣敏傳感器后，金屬氧化物基氣敏傳感器發展迅速，該類型傳感器因具有測量的氣體范圍廣、制作成本低、結構簡單、響應恢復速度快等優勢，在民用、工業和環境檢測三大領域均得到廣泛的應用及高速發展。然而，這類傳感器仍面臨器件要求的工作溫度、功耗過高(>200℃)的問題，這限制其進一步的應用。

三乙胺是一種刺激性強、有毒的易爆炸性氣體，被廣泛應用于防腐、催化、有機溶劑等工業領域。一般情況下，當氣體濃度大于10ppm時，將會引發頭痛、皮膚傷害、水腫等癥狀，當長期暴露于該氣體中，甚至可引起失明，甚至死亡等嚴重后果。因此迫切需要開發高靈敏度、低功耗、穩定性高的三乙胺氣敏傳感器，實現特定濃度檢測、分析。

現有技術公開了多種三乙胺傳感器的制備方法。CN106814111A公開了一種基于一種中空多孔SnO₂微管氣敏傳感器，該傳感器利用環保的生物質新材料海藻酸纖維作為模板，通過離子交換和高溫熱處理制備中空SnO₂微管，基于該結構的氣敏器件，在280℃條件下，100ppm濃度的三乙胺響應達到49.5，呈現較高的氣敏特性。但其工作溫度仍較高，功耗較大，限制其特殊環境應用。

CN107337473A公開了一種陶瓷管上原位生長MoO₃納米片的三乙胺氣敏傳感器，主要通過氧化鈦籽晶層和氧化鉬溶液混合、通過浸漬方法結合高溫煅燒制備，制作的氣敏傳感器，可以實現50ppm濃度三乙胺氣體的敏感探測，呈現較高的選擇性，但操作溫度仍需要降低，且缺乏穩定性測試。

而目前對于傳統氣敏材料體系，通過特定組裝異質結結構，可以實現協同效應提高氣敏器件性能，縮短響應時間，應用前景廣闊。CN107356635A公開了一種基于NiO/Fe₂O₃異質結構復合材料的三乙胺氣體傳感器。該發明使用水熱法結合高溫退火處理制得NiO/Fe₂O₃復合材料敏感材料，利用NiO/Fe₂O₃之間所形成的異質結構提高對三乙胺的檢測能力，但對于其低溫氣敏性能和重復性均沒有提及，無法判斷其具體的性能。

綜上，現有的三乙胺傳感器仍然存在工作溫度高、穩定性較差等問題，因此，有必要開發一種新的三乙胺氣敏傳感器。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明旨在提供一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏傳感器及其制備方法。本發明利用氣敏材料的核殼結構電子轉移速度快，石墨烯材料比表面積高，硼摻雜石墨烯p型半導體特性與殼層ZnO構建異質結能夠提高氣敏性能的特點制備出了一種能夠在近室溫(50℃)實現對三乙胺這種有毒、易爆氣體的高靈敏度探測；同時，本發明的制備方法簡單、可控，可實現大規模生產，極具應用前景。

本發明的目的之一是提供一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料。

本發明的目的之二是提供一種硼摻雜石墨烯修飾Au@ZnO核殼異質結型三乙胺氣敏材料的制備方法。