[發明專利]級次結構氧化鉍材料在氣體檢測中的應用

在審

• 申請號: 202110387103.8
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113092544A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 張克偉;張明新;夏延致;惠彬;周安勤
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 賈景然

本發明屬于納米材料應用技術領域，具體涉及一種級次結構氧化鉍材料在氣體檢測中的應用，用于檢測環境中的低濃度氨氣的含量；所述級次結構氧化鉍材料的整體呈現微球形貌，微球直徑為1～3μm，由厚度為10～80nm的片層結構單元自組裝而成；將氧化鉍材料制成氣體傳感器敏感元件，在室溫條件下對氨氣具有高的靈敏度和選擇性，適用于檢測環境中微量有害氣體；氧化鉍作為氣敏材料制成的氣體傳感器在使用時無需加熱，省去了常規的氣體傳感器加熱步驟，可直接放置在常溫環境下操作；其應用方法簡單，易操作，效率高，應用前景廣闊。

技術領域：

本發明屬于納米材料應用技術領域，具體涉及一種級次結構氧化鉍材料在氣體檢測中的應用，將氧化鉍用作半導體氣體傳感器的敏感材料，實現了環境中低濃度氨氣的高靈敏度和高選擇性檢測。

背景技術：

氧化鉍是一種重要的金屬氧化物，其禁帶寬度為2.85eV，具有較高的光導性和熱導性，被廣泛應用于光電器件、高溫超導、催化劑和電子陶瓷等領域。近年來，人們對納米氧化鉍進行了廣泛的研究，并取得了一些重要進展。例如，中國專利CN201510477953.1公開了一種微納結構氧化鉍材料及其制備方法，方法為將可溶性鉍鹽溶于乙醇/乙二醇溶劑中，得到可溶性鉍鹽溶液，之后將可溶性鉍鹽溶液密閉反應，再對反應液依次進行固液分離、洗滌和干燥處理，制得目的產物；得到的材料具有非化學計量，分子式為Bi₂O_2.33，非化學計量氧化鉍納米片的片厚為5～10nm，比表面積≥26.6m²/g；這種非化學計量Bi₂O_2.33對I-和IO^3-離子均有吸附能力，可廣泛地應用于對水環境中放射性碘的高效能吸附；中國專利申請CN202010381159.8公開了一種摻雜氧化鉍顆粒的制備方法，包括如下步驟：按照Bi和A的摩爾比為5：1～2，將可溶性鉍鹽和可溶性A鹽溶解在pH為1～6的酸性液體中，得到混合溶液；將所述混合溶液攪拌至所述混合溶液形成溶膠，接著加熱使得所述溶膠轉化為凝膠，并且將所述凝膠烘干得到前體；將所述前體在300℃～800℃的溫度下燒結，得到所需的摻雜氧化鉍顆粒，制得的摻雜氧化鉍顆粒的一致性好，并且摻雜氧化鉍顆粒中的α-Bi₂O₃轉化為δ-Bi₂O₃，從而具有較佳的電學性能。

在半導體傳感器中，金屬氧化物的表面電導率通過其表面吸附還原性或氧化性氣體而改變，從而實現對氣體的檢測。常見的金屬氧化物氣敏材料有二氧化錫、氧化鋅和三氧化鎢等，具有高的電子遷移率。而氧化鉍電子遷移率較低，使得其在氣體傳感器領域受到了很大的局限。目前尚未有將氧化鉍材料用于低功耗氣體檢測的報道。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種級次結構氧化鉍材料在氣體檢測中的應用，將級次結構氧化鉍材料用作半導體氣體傳感器的敏感元件，檢測環境中氨氣的含量。

為了達到上述目的，本發明提供了一種級次結構氧化鉍材料在氣體檢測中的應用，采用級次結構氧化鉍作為氣體傳感器的敏感材料，用于檢測氨氣。

進一步的，能夠在常溫環境下進行低濃度氨氣的快速檢測。

進一步的，所述氣體傳感器，能夠在彎曲狀態下操作。

進一步的，采用級次結構氧化鉍制成的柔性氣體傳感器，在室溫操作溫度下對20ppm氨氣的靈敏度最高達到1296。

進一步的，所述級次結構氧化鉍材料由簡單水熱法制備而成，材料整體呈現微球形貌，微球直徑為1～3μm，由厚度為10～80nm的片層結構單元組裝而成。

本發明與現有技術相比，首次發現了氧化鉍能夠應用于環境中有害氣體的檢測，將氧化鉍材料制成氣體傳感器敏感元件，在室溫條件下對氨氣具有高的靈敏度和選擇性，適用于檢測環境中微量有害氣體；氧化鉍作為氣敏材料制成的傳感器在使用時無需加熱，省去了常規的氣體傳感器加熱步驟，可直接放置在常溫環境下操作；其應用方法簡單，易操作，效率高，應用前景廣闊。