[發(fā)明專利]以鍶摻雜的鐵酸鑭為敏感電極的混合電位型氫氣傳感器及其制備方法

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• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110031523A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易建新;張赫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開了一種以鍶摻雜的鐵酸鑭為敏感電極的混合電位型氫氣傳感器及其制備方法，屬于氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，可用于高溫下氫氣的原位探測，該傳感器由鈣鈦礦氧化物(La,Sr)FeO_3?δ敏感電極、固體電解質(zhì)(YSZ、GDC等)和參比電極(金屬Pt、Au等)組成，敏感電極和參比電極可位于固體電解質(zhì)的同側(cè)或者異側(cè)。本發(fā)明選用對氫氣具有優(yōu)異電催化活性的鈣鈦礦氧化物(La,Sr)FeO_3?δ為敏感電極材料，構(gòu)筑的傳感器對氫氣有較高的響應(yīng)值、優(yōu)異的選擇性和快速的響應(yīng)?恢復(fù)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種以(La,Sr)FeO_3-δ為敏感電極的混合電位型氫氣傳感器及其制備方法，在高溫環(huán)境下可對氫氣進(jìn)行有效的原位監(jiān)控監(jiān)測。

背景技術(shù)

氫氣具有熱值高、來源廣泛、產(chǎn)物無污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有潛力替代化石燃料的清潔能源之一，受到產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。但氫氣密度小、爆炸極限范圍寬、點(diǎn)火能量低，使得氫氣極易泄漏并引發(fā)爆炸，因此開發(fā)高性能傳感器對氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和使用具有重要意義。

混合電位型傳感器具有響應(yīng)值高、器件結(jié)構(gòu)簡單、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在氫氣的原位監(jiān)控監(jiān)測領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。這類傳感器由敏感電極、固體電解質(zhì)和參比電極組成，工作時(shí)遵循混合電位理論。當(dāng)敏感電極接觸到氫氣和空氣的混合物時(shí)，氫氣和氧氣分別在敏感電極、固體電解質(zhì)和空氣組成的三相界面處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(反應(yīng)1和反應(yīng)2)，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)速率相等時(shí)，敏感電極上的電勢即為混合電勢，敏感電極電勢與參比電極之間的電勢差即為傳感器的輸出信號：

H₂→2H⁺+2e^- (1)

O₂+4e^-→2O^2- (2)

從傳感器工作機(jī)理可以看出，敏感電極材料對氫氣的電催化活性、對傳感器性能有重要影響。前人研究表明，敏感材料對氫氣的電催化活性越高，傳感器響應(yīng)值越高。在之前工作中(CN106770562B)，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物L(fēng)aFeO₃的A位和B位分別摻雜適量的Sr和Cr之后，得到的(La,Sr)(Cr,Fe)O_3-δ對氫氣有較高電催化活性，用作敏感電極時(shí)傳感器對氫氣展現(xiàn)了較好的響應(yīng)特性。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明對材料組成進(jìn)行優(yōu)化，僅對A位進(jìn)行摻雜得到(La,Sr)FeO_3-δ，把它用作敏感電極時(shí)，傳感器對氫氣展現(xiàn)了更加優(yōu)異的氣敏特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了以鍶摻雜的鐵酸鑭為敏感電極的混合電位型氫氣傳感器及其制備方法，目的在于實(shí)現(xiàn)對氫氣的高性能探測，包括較高的響應(yīng)值、快速的響應(yīng)和恢復(fù)速度、優(yōu)異的選擇性等。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明以鍶摻雜的鐵酸鑭為敏感電極的混合電位型氫氣傳感器，其特點(diǎn)在于：所述混合電位型氫氣傳感器是以La_xSr_1-xFeO_3-δ作為敏感電極，其中0.1≤x≤0.9。該傳感器由鈣鈦礦氧化物(La,Sr)FeO_3-δ敏感電極、固體電解質(zhì)(YSZ，氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯；GDC，氧化釓摻雜的氧化鈰等)和參比電極(金屬Pt、Au等)組成，敏感電極和參比電極可位于固體電解質(zhì)的同側(cè)或者異側(cè)。

本發(fā)明以鍶摻雜的鐵酸鑭為敏感電極的混合電位型氫氣傳感器的制備方法，包括如下步驟：

(1)、向松油醇中添加乙基纖維素對其進(jìn)行改性，其中，松油醇與乙基纖維素的質(zhì)量比為9:1；

將(La,Sr)FeO_3-δ粉末與改性松油醇混合，充分研磨1～2h，獲得敏感電極漿料，其中，(La,Sr)FeO_3-δ粉末與改性松油醇的質(zhì)量比為1:1～3；