[發明專利]鉑-碳量子點-四氰合鎳酸鈷三元雜化材料在氨傳感中的應用及其制備方法和膜傳感器

有效

• 申請號: 202110342042.3
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113155911B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 張冬至;戴昉納;羅雨薇;王興偉;宮禮坤
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C01C3/11;C01B32/15
• 代理公司: 山東易佰捷知識產權代理事務所(普通合伙) 37326
• 代理人: 臧冰

本發明公開了鉑?碳量子點?四氰合鎳酸鈷三元雜化材料在氨傳感中的應用及其制備方法和膜傳感器，涉及納米氣體傳感器技術領域，以六水合硝酸鈷和四氰合鎳酸鉀為原料，制備二維氰基橋聯Co?Ni雜金屬納米片Co[Ni(CN)₄],以乙二胺四乙酸二鈉為前軀體煅燒得碳量子點，采用聚乙烯吡咯烷酮作為表面活性劑，制備PVP包裹的Pt NPs，并負載制備Pt/CQDs@Co[Ni(CN)₄]三元雜化薄膜傳感器。其所得傳感器氨傳感響應速度快，響應電導率高，在保持其高電導率的同時，提高其在室溫下的低濃度氣敏響應性能。

技術領域

本發明涉及納米氣體傳感器技術領域，尤其涉及一種基于二維超薄四氰合鎳酸鈷薄膜的鉑-碳量子點-四氰合鎳酸鈷三元雜化材料氨氣傳感器制備方法及應用。

背景技術

現有技術中的配位聚合物(Coordination Polymers,CPs)由于其大的比表面積和能夠調節的孔徑大小，近幾年來在世界范圍內引起了廣泛的關注。并且，在石墨烯、層狀碳化硅等二維納米材料的研究熱潮下，二維配位聚合物因其不僅具有與其他二維材料相通的二維傳導特性，還具有先天的設計便利性，在傳感器領域獲得廣泛研究。然而，配位聚合物與常規共價聚合物不同。將各配體與受體相結合的配位共價鍵極性較強，配位聚合物在生長過程中更傾向于生成三維晶體，從而無法直接長成二維薄膜而應用于器件中。

二維配位聚合物在NH₃氣體傳感方面現有技術并未詳細研究。而純三維配位聚合物傳感器又具有電導率差、容易將金屬或其他活性位點包覆、掩埋等缺點，限制了其在NH₃氣體檢測中的應用。成分調整是補償配位聚合物感應材料導電率不足的有效手段。然而，在傳感材料領域木桶效應是影響傳感器整體性能的主要因素。在合成中添加其他助劑或改性材料容易產生材料缺陷。單純后期物理添加又容易導致材料分布不均，從而影響傳感性能。

本發明通過一步法熱解合成尺寸均一的富羧基碳量子點(CQDs)，并制備分布均勻的CQDs@Co[Ni(CN)₄]復合薄膜，于其上再制備Pt改性的多元雜化材料，以期改善其檢測性能。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明致力于對二維氰基橋聯Co-Ni雜金屬納米片的響應特性進行調節，在保持其高電導率的同時，提高其在室溫下的氣敏響應性能。提供了一種基于二維超薄四氰合鎳酸鈷薄膜的三元雜化材料氨氣傳感器制備方法，所得傳感器具有良好的響應敏感性，氨傳感響應速度快，響應電導率高，恢復時間短，明顯優于三維材料膜。

本發明由此提供一種鉑-碳量子點-四氰合鎳酸鈷三元雜化材料氨氣傳感器制備方法，

①以六水合硝酸鈷和四氰合鎳酸鉀為原料，采用聚乙烯吡咯烷酮作為表面活性劑，檸檬酸鈉作為控制劑，在兩者共同作用下制備二維氰基橋聯Co-Ni雜金屬納米片；

②以乙二胺四乙酸二鈉(簡稱EDTA-2Na)為前軀體，在N₂或惰性氣氛下200-300℃煅燒，升溫速率1-5℃/min，煅燒時間1-3h；產物分散于水并超聲后，通過離心過濾，透析除雜，得碳量子點(簡稱CQDs)；將Co[Ni(CN)₄]溶液與合成的CQDs溶液，持續攪拌混合，后通過離心收集所得CQDs@Co[Ni(CN)₄]納米片，用CH₃OH洗滌分散備用；

③將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在乙醇中，逐滴加入氯鉑酸(H₂PtCl₆)水溶液；室溫下攪拌2-5分鐘后，將溶液在在80-98℃下回流3h，合成PVP包裹的鉑納米粒子(Pt NPs)；合成后得Pt NPs溶液，備用；