[發(fā)明專利]聚吡咯-還原氧化石墨烯納米片檢測氨的方法

在審

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• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN112748157A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 馮亮;高建梅;王昱
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明提供了一種蠕蟲狀介孔聚吡咯?還原氧化石墨烯納米片檢測氨的方法。本方法以還原氧化石墨烯修飾的聚吡咯為傳感器，該傳感器的傳感原理是利用蠕蟲狀介孔聚吡咯?還原氧化石墨烯納米片與氨之間的電子傳遞所引起的電阻變化與氨氣濃度在一定范圍內(nèi)成比例關系。蠕蟲狀介孔聚吡咯?還原氧化石墨烯納米片良好的形貌、規(guī)整的介孔結構及大的比表面積，促進了氨氣的吸附與脫附過程，大大提高室溫下氨的檢測靈敏度。本方法操作簡單，條件溫和，具有較高靈敏度和較好的選擇性。

技術領域

本發(fā)明屬于復合納米材料的定量分析方法領域，具體涉及一種介孔聚吡咯-還原氧化石墨烯納米片檢測氨的方法。

背景技術

氨是一種無色具有強烈刺激性氣味的氣體，由于其極易溶于水，因而會灼傷眼睛，呼吸器官的粘膜。氨的暴露極限濃度為25ppm，吸入過多還會引起肺腫脹，甚至死亡，因而氨的檢測具有十分重要的意義。此前，已經(jīng)有很多氨的傳感器被報導，其中包括半導體金屬氧化物，導電聚合物，各類碳納米材料等，但是由于以上材料中的大部分需要高溫加熱，耗能較大，還有的穩(wěn)定性不好，選擇性較差，靈敏度較低。因此發(fā)展一種成本較低，且兼具高靈敏度和高選擇性的氨傳感器仍是一個重要的課題。

石墨烯作為一種新穎的二維材料，在近些年受到了廣泛的關注。它具有穩(wěn)定的物化性質(zhì)和形貌特征，大的比表面積提供了諸多的活性位點，另外石墨烯的電阻對其載流子濃度的變化非常敏感，當待測物通過吸附到達石墨烯表面，電子的轉移會使石墨烯的電阻發(fā)生明顯的變化，除此之外石墨烯高的載流子遷移率也為低電信號噪聲和低能耗提供了保證。但由于單純的石墨烯本身在氣體吸附方面顯示出一定的惰性，因此需要修飾一定的其他活性材料與被測物相互作用。

本發(fā)明采用了一種集成聚吡咯與還原性氧化石墨烯的介孔納米片作為傳感材料，實現(xiàn)了對氨的高選擇性，高靈敏度檢測。該材料(蠕蟲狀介孔聚吡咯-還原氧化石墨烯納米片)的合成已有文獻報導(Jieqiong Qin，Zhong-Shuai Wu，Science China Materials2017,61(2),233-242)，但該文獻僅將材料用于超級電容器。而本申請利用該材料中聚吡咯與氨之間能夠發(fā)生有效的電子傳遞，成功的實現(xiàn)了對氨高靈敏傳感。并且該材料的還原氧化石墨烯組分同時也提供了高效的電子通路。除此之外，有序的蠕蟲狀介孔大大增大了該復合材料的比表面積，為氣體的吸附和脫附提供了良好的路徑。該傳感器用于氨的定量檢測具有較高的靈敏度，好的選擇性以及抗?jié)穸雀蓴_性，為氨的實時實地檢測提供了一種新的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了彌補現(xiàn)有氨傳感器靈敏度較低，選擇性較差以及能耗較高的不足提供了一種檢測氨的新方法。

聚吡咯-還原氧化石墨烯納米片作為傳感器檢測氨的方法，其包括所使用傳感器的制備，氨的傳感測試，數(shù)據(jù)的采集與標準曲線的制作，未知樣品測定，具體步驟如下：

(1)傳感器的制備：將蠕蟲狀介孔聚吡咯-還原氧化石墨烯分散在溶劑中，超聲使之分散均勻，取分散均勻的懸濁液涂在陶瓷管外壁上形成均一的圓柱狀膜(a)；陶瓷管的長度為0.5-1cm，直徑為0.1-0.3cm，陶瓷管兩端距離邊緣0.1-0.3cm的位置連接有金電極以及與電極相連的導線，干燥后得傳感器；

(2)氨的傳感測試：將制備好的傳感器的二個導線連接至電阻測量儀器(如萬用表)后，將傳感器固定于密閉腔體中(b)；

氨濃度的測量操作：用微量注射器取體積量為V的不同質(zhì)量分數(shù)的氨水，通過密閉腔體的頂部的小孔注入腔體的電加熱塊(c)內(nèi)或上方，打開電加熱塊外接的加熱電源(d)，加熱使腔體內(nèi)的氨水充分揮發(fā)，根據(jù)腔體的體積，氨水的濃度及加入量來確定最終腔體內(nèi)氨氣的濃度；關閉外接加熱電源；隨即開啟秒表計時，記錄規(guī)定響應時間T內(nèi)陶瓷管長度方向的電阻變化值ΔR(與氨氣反應后的電阻值與反應前電阻值的差值)，待反應結束打開腔體蓋，使新鮮空氣進入腔體，電阻開始恢復，記錄規(guī)定恢復時間內(nèi)的電阻恢復值；重復此測量過程，測量過程共進行5次以上；