[發明專利]用于甲烷檢測的納米傳感材料及其制備方法、甲烷傳感器

在審

• 申請號: 202111490970.0
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114324495A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 鄧勇輝;袁晨一
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y40/00;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種用于甲烷檢測的納米傳感材料，其特征在于，所述納米傳感材料由金屬氧化物半導體材料和單分散的貴金屬納米顆粒組成，結構式表示為貴金屬/meso-金屬氧化物；其中，所述金屬氧化物半導體材料表面具有介孔，所述單分散的貴金屬納米顆粒由單一貴金屬元素組成或由多種貴金屬形成的合金，并負載于所述金屬氧化物半導體材料表面及介孔孔道中，當所述單分散的貴金屬納米顆粒為多種元素的合金時，其形貌為核殼結構。

2.根據權利要求1所述的用于甲烷檢測的納米傳感材料，其特征在于，所述金屬氧化物半導體材料選自SnO₂、WO₃、In₂O₃中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的用于甲烷檢測的納米傳感材料，其特征在于，所述金屬氧化物半導體材料的介孔孔徑介于10 nm至50 nm之間。

4.根據權利要求1所述的用于甲烷檢測的納米傳感材料，其特征在于，所述貴金屬納米顆粒在所述用于甲烷檢測的納米傳感材料中的含量為0.5wt.%至3wt.%，粒徑為2-5 nm。

5.根據權利要求1所述的用于甲烷檢測的納米傳感材料，其特征在于，所述單分散的貴金屬納米顆粒選自Pd和/或Pt；且，當同時采用Pd和Pt時，兩者構成合金。

6.一種如權利要求1-5任一項所述用于甲烷檢測的納米傳感材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟S1，按預定比例，將乙酰丙酮鈀Pd(acac)₂和/或乙酰丙酮鉑Pt(acac)₂分散到油胺OAm中，持續通入氮氣，并在50-70℃下保持預定時長，得到混合溶液A；

步驟S2，按預定比例，將三丁胺硼烷BTB溶于OAm中，得到混合溶液B，并將混合溶液B快速注入混合溶液A中，得到混合溶液C；

步驟S3，將混合溶液C升溫至110-130℃，得到Pd或Pt或PdxPt納米顆粒；加入預定比例乙醇，并使用丙酮洗滌三次，離心后分散于預定比例的四氫呋喃THF中，得到混合溶液D；

步驟S4，按預定比例，將雙嵌段共聚物PEO-b-PS、混合溶液D、金屬鹽前驅體一并分散于環醚溶液中，并在室溫下攪拌后，得到均相溶膠；

步驟S5，將所述均相溶膠鋪展到培養皿中，室溫下干燥，并在90-110℃下干燥0.5-2天，得到預合成樣品，所述預合成樣品的結構中包括模板劑-金屬鹽前驅體-貴金屬納米顆粒；

步驟S6，將預合成樣品刮下并研磨成粉末，煅燒除去模板劑并使得金屬鹽前驅體氧化，得到最終的用于甲烷檢測的納米傳感材料，所述納米傳感材料的結構表達為貴金屬/meso-金屬氧化物。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3的升溫程序為：從50-70℃以1-5℃·min^-1的速率升溫至80-100℃并維持10-50min，然后從80-100℃以1-5℃·min^-1的速率升溫至110-130℃并維持0.5-1.5h。

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中的環醚溶液為THF-乙醇-乙酰丙酮（acac）、THF-1,4-二氧六環-鹽酸、THF-鹽酸-acac中的一種或多種。

9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S6的煅燒制度為：在空氣中以0.5-2.5℃·min^-1速率升溫至350-500℃并保溫0.5-3h。

10.一種甲烷傳感器，所述甲烷傳感器采用如權利要求1-5任一項所述的用于甲烷檢測的納米傳感材料。

11.根據權利里要求10所述的甲烷傳感器，其特征在于，包括：涂覆有所述用于甲烷檢測的納米傳感材料且內部穿過鎳鉻合金加熱絲的陶瓷管、甲烷檢測專用電路板、藍牙模塊及電池模塊；其中，所述陶瓷管通過加熱絲兩端焊接于所述專用電路板上，所述專用電路板與所述藍牙模塊連接，同時與所述電池模塊電連接；所述焊接有陶瓷管的專用電路板用于檢測甲烷氣體并將甲烷氣體的響應信號轉化為氣體濃度后傳輸給藍牙模塊；所述藍牙模塊用于與檢測終端通訊，將所述氣體濃度傳輸給檢測終端對所檢測的氣體濃度進行顯示；所述電池模塊用于為其他模塊供電。