[發明專利]一種硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物及在氣體傳感器中的應用

有效

• 申請號: 202210362201.0
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114604903B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王艷艷;應舒楊
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;C01B32/182;G01N27/30
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強;陶海鋒

本發明屬于氣體傳感技術，具體涉及一種硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物及在氣體傳感器中的應用。以水溶性鈷鹽、小分子醇溶劑與甘油為原料，制備甘油鈷前驅體；然后將甘油鈷前驅體與堿液混合，制備Co(OH)subgt;2/subgt;納米花；再將Co(OH)subgt;2/subgt;納米花煅燒，得到Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;納米花；再將Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;納米花與水溶性硫鹽反應，得到CoS納米花，將CoS納米花與氧化石墨烯混合后熱處理，得到硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物。在室溫下探究了傳感器對NOsubgt;2/subgt;氣體得響應特性，復合材料能有效阻止石墨烯片的堆疊和團聚，增加材料與氣體的接觸面積，提供更多的吸附位點，有效提高電子轉移得以增強氣敏性能，展現出良好的研究前景。

技術領域

本發明屬于氣體傳感技術，具體涉及一種硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物及在氣體傳感器中的應用。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，工業化水平的不斷提高，環境污染已成為一個日益嚴重的問題，在許多國家，化石燃料的燃燒以及汽車尾氣的大量產生會導致排放氮氧化物等有害氣體，破壞環境平衡。因此，氮氧化物尤其是NO₂的檢測引起了相當大的興趣，它對人體和環境造成很大危害，不僅對人類、動物和植物的呼吸系統有害，而且是酸雨形成的原因。因此，高性能的NO₂氣體傳感器的研發以及實現對室溫下有毒有害氣體的實時、快速、準確監測已成為當前研究的熱點。開發高靈敏度傳感器來監測這些氣體并防止它們對人體和環境造成危害具有重要的社會意義。

氣體傳感器是將氣體相關的信息轉化為電信息的一種檢測裝置，其已經運用到諸多領域，如工業生產、醫療診斷、環境保護等，這使得如何提高氣體傳感器的性能成為研究者們最為關注的問題，而傳感材料的優劣決定著氣體傳感器性能的好壞，目前，金屬氧化物、金屬硫化物、聚合物等各種納米材料都被用作氣敏傳感材料。隨著各領域發展對氣體檢測要求的提高，開發高性能氣體傳感器成為研究熱點。氣敏傳感材料是傳感器的核心，其直接影響氣體傳感器的性能。石墨烯因其高比表面積和優異載流子遷移率等特性而成為理想的氣敏材料候選之一。然而，由石墨烯片層薄膜構筑的氣體傳感器存在靈敏度偏低及吸/脫附慢的問題。過渡金屬硫化物為氣體傳感器領域氣敏材料的有利競爭者，但是過渡金屬硫化物與其它材料進行復合時，會在材料的界面處形成異質結，并且會造成載流子的遷移，使得復合材料的導電性發生改變，從而影響其氣敏性能。

發明內容

本發明采用水熱法制備出甘油鈷前驅體，然后在堿性條件下制備氫氧化鈷納米花，并經高溫退火制得四氧化三鈷納米花，再經離子交換反應制備得到CoS納米花；采用改進的Hummers法制備出GO，通過磁力攪拌制得具有不同質量比的CoS/GO復合材料，并在200℃下高溫退火制備得CoS/rGO復合材料，并以此制備成CoS/rGO復合材料氣體傳感器，在室溫下探究了傳感器對NO₂氣體得響應特性。

本發明采用如下技術方案：

一種硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物，包括CoS納米花以及覆蓋在CoS納米花上的石墨烯；優選的，石墨烯為還原氧化石墨烯。

本發明公開了上述硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物在制備氣體傳感器或者檢測氣體中的應用；所述氣體為氮氧化物氣體，比如二氧化氮。

本發明公開了上述硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物的制備方法，將CoS納米花與氧化石墨烯混合后熱處理，得到硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物；優選的，將CoS納米花分散液與氧化石墨烯分散液混合后離心處理，再將得到的沉淀于150～250℃熱處理60～120分鐘，得到硫化鈷/還原氧化石墨烯復合物；進一步優選的，熱處理為180～220℃熱處理80～100分鐘。優選的，CoS納米花、氧化石墨烯的質量比為0.2～20：1，優選2～10：1，進一步優選4～6：1。優選的，CoS納米花分散液與氧化石墨烯分散液混合的時間為1～5小時，優選2～4小時。