[發明專利]一種復合氣敏材料及制備方法、乙醇氣體傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 202110424772.8
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113176305A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉衛華;馬發;卜祥瑞;吳海洋;李昕;韓傳余;王小力
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開的一種復合氣敏材料及制備方法、乙醇氣體傳感器及制備方法，將二碳化三鈦材料與金屬有機框架衍生的四氧化三鈷材料相結合應用于氣體傳感器，通過在叉指電極上涂覆金屬有機框架衍生的四氧化三鈷?二碳化三鈦復合材料涂膜，極大地增強了傳統四氧化三鈷對乙醇的氣敏響應，提高了對于乙醇的選擇性，具有高的靈敏度，對于50ppm的乙醇靈敏度最高可達185，相對傳統的氧化鈷氣體傳感器靈敏度提升了15倍，即使在氣體濃度為1ppm時也可檢測，而且響應速度很快，并且具備很好的重復穩定性。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器制備的領域，具體為一種復合氣敏材料及制備方法、乙醇氣體傳感器及制備方法。

背景技術

乙醇為揮發性氣體，易燃，其蒸汽能與空氣形成爆炸性混合物，存在安全隱患。同時乙醇氣體會損害人體多個器官，影響人體胃腸道功能、肝臟功能甚至造成中樞神經系統損傷和造血功能障礙，當濃度達到一定時會引起人體強烈不適，因此對乙醇氣體傳感器的研究具有重要意義。

金屬有機框架衍生的四氧化三鈷氣敏材料，相比傳統的金屬氧化物具有多孔結構，能夠吸附更多的氣體分子，同時價格低廉，在氣敏方面受到了研究人員的廣泛關注。但目前乙醇氣體傳感器中所用的四氧化三鈷氣敏材料對乙醇的選擇性較低，靈敏度和穩定性較差，無法滿足當前氣體傳感器的使用需求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種復合氣敏材料及制備方法、乙醇氣體傳感器及制備方法，采用金屬有機框架衍生的四氧化三鈷-二碳化三鈦復合材料的氣體傳感器，其對乙醇有很高的靈敏度、選擇性以及穩定性。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種復合氣敏材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將金屬鹽水合物和金屬有機物框架前驅體溶解于有機溶劑中，得到混合溶液A；

S2、在混合溶液中加入二碳化三鈦得到混合溶液B，并將混合溶液B進行靜置沉淀，所述二碳化三鈦與金屬有機物框架前驅體的質量比為1：(1～100)；

S3、將步驟2得到的沉淀物離心清洗后烘干，將烘干后的產物在空氣環境下煅燒一定時間，得到金屬有機框架衍生物-二碳化三鈦復合氣敏材料。

優選的，步驟S1所述金屬鹽水合物與有機溶劑的質量比為1：(50～150)。

優選的，步驟S1中所述有機物框架前驅體與有機溶劑的質量比例為1：(100～200)。

優選的，所述S3中將沉淀物在60℃下烘干24小時；烘干后的產物在空氣環境150°-350°下煅燒。

優選的，所述金屬有機物框架前驅體為2-甲基咪唑、均苯三甲酸或苯二甲酸根。

優選的，金屬鹽水合物為六水合硝酸鈷、六水合硝酸鋅、Cu(NO₃)₂·2.5H₂O或六水合氯化鐵。

一種復合氣敏材料，包括金屬有機框架衍生物和二碳化三鈦，塌縮的金屬有機框架衍生物生長在片狀的二碳化三鈦上，金屬有機框架衍生物與二碳化三鈦的摩爾比為(1～100):1。

一種乙醇氣體傳感器，該氣體傳感器的氣敏材料為金屬有機框架衍生物-二碳化三鈦的復合氣敏材料。

一種乙醇氣體傳感器的制備方法，包括以下過程：

將金屬有機框架衍生物-二碳化三鈦復合氣敏材料與乙醇按照1：(1～5)的質量比研磨混合，得到金屬有機框架衍生物-二碳化三鈦復合氣敏涂料，將復合氣敏涂料涂覆在氣體傳感器的測量元件上，干燥后形成復合氣敏材料涂膜。

優選的，所述測量元件為叉指電極、陶瓷管或聲表面波器件。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：