[發明專利]一種硅摻雜石墨烯及其制備方法、硅摻雜石墨烯基化學電阻型氮氧化物室溫傳感器

有效

• 申請號: 202010169759.8
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111392719B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 牛芳
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198;G01N27/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種硅摻雜石墨烯及其制備方法、硅摻雜石墨烯基化學電阻型氮氧化物室溫傳感器，屬于氣體傳感器領域。本發明采用密閉容器作為反應容器，室溫下將反應物體系裝入密閉容器中時，密閉容器內部可以根據需要充入定量的惰性氣體從而保持不同的壓強，而隨后的熱處理過程中，氧化石墨烯粉末、硅烷偶聯劑中的易分解組分以氣體形式產生，且保持在密閉容器管內部，產生正壓力，使密閉容器內部壓強均產生不同程度的升高，從化學平衡的角度上促進硅烷偶聯劑片段更大程度的鍵合在氧化石墨烯基體上。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器技術領域，尤其涉及一種硅摻雜石墨烯及其制備方法、硅摻雜石墨烯基化學電阻型氮氧化物室溫傳感器。

背景技術

隨著汽車工業、石油化工等行業的高速發展，向空氣中不斷排出大量的氮氧化物，如NO₂、NO等，引起大范圍的酸雨、霧霾等自然現象，強烈刺激人類呼吸道，對環境和人類生命安全造成極大的危害。如何有效監測氮氧化物的排放濃度，成為氣體傳感基礎及應用研究領域的熱點。

現有技術中已有多種針對氮氧化物氣體的傳感器。如中國專利CN107817287A公開了一種基于納米氧化石墨烯的檢測氮氧化物的傳感器及其制備方法，采用納米氧化石墨烯結合聚吡咯多組分復合材料作為活性物質，形成電極傳感器，中國專利CN103995025A充分結合凹版印刷技術與石墨烯二者的優點，得到印制式石墨烯基NO₂氣敏元件，可實現對生活環境中的NO₂濃度進行實時、準確、連續監測；中國CN105044187B公開了一種檢測汽車尾氣中氮氧化物含量的氣體傳感器，采用鉑粉、釔摻雜氧化鋯粉、氧化石墨烯、聚合高分子材料、有機溶劑為漿料制備了一種泵氧電極，從而構建了能夠檢測汽車尾氣中氮氧化物含量的氣體傳感器，提高了泵氧電極的活化能，加快了傳感器的響應速率；中國專利CN106706710A采用化學氣相沉積法實現對石墨烯的硫化摻雜，制備的氣體傳感器對氮氧化物氣體分子具有較高的靈敏度和選擇性；中國CN105510390A采用微波氣-液界面方法所制備的納米In₂O₃/石墨烯原始納米顆粒小而均一，再由這些原始納米顆粒部分自組裝成磚狀納米結構，該多級結構納米In₂O₃/石墨烯復合材料對氮氧化物氣體在100℃有較好的氣敏性能，選擇性好；中國專利CN109342523A采用富含氧空位二氧化錫修飾石墨烯復合材料為氣敏薄膜，通過提高二氧化錫與碳基材料的結合及室溫導電性，來實現室溫檢測，解決了傳統的金屬氧化物氣體傳感器需要高溫燒結，加工復雜的問題；中國專利CN108007978A及CN107966480A公開了基于rGO-Co₃O₄復合物及石墨烯包覆α-FeO復合物的室溫NO₂傳感器及其制備方法，利用石墨烯高的比表面積、氣體吸附能力、快的載流子遷移速率以及良好的導電性及其與Co₃O₄及α-Fe₂O₃之間的協同作用，增加被檢測氣體的表面化學反應以及形成了rGO和金屬氧化物之間的電荷轉移，進而有效地提高了傳感器對于NO₂的敏感特性。

由上可見，現有技術一般采用金屬氧化物、導電高分子、半導體材料等對(氧化)石墨烯進行化學修飾，利用石墨烯的高導電性及協同組分對待檢測氣體分子的電荷相互作用，實現復合物對氮氧化物等有毒氣體分子的室溫檢測，雖然現有技術在一定程度上提高了氮氧化物氣體的傳感靈敏度，但是其氣體選擇性和檢測限的進一步提高，依然是氮氧化物傳感器件領域面臨的主要技術難題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種硅摻雜石墨烯及其制備方法、硅摻雜石墨烯基化學電阻型氮氧化物室溫傳感器。本發明提供的制備方法制得的硅摻雜石墨烯可用于室溫下對環境中的氮氧化物(NO、NO₂)有毒有害氣體進行高靈敏度、高選擇性的檢測。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：