[發(fā)明專利]一種基于暴露富含Co2+

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210902433.0
• 申請(qǐng)日: 2022-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115308268A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧革宇;孔德顥;高原;孫鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種基于暴露富含Co²⁺晶面的Co₃O₄介孔納米片的甲苯氣體傳感器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體氧化物氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。傳感器由外表面兩側(cè)帶有一對(duì)平行環(huán)形金電極的Al₂O₃陶瓷管襯底、涂覆在Al₂O₃陶瓷管外表面和金電極上的敏感材料、置于Al₂O₃陶瓷管內(nèi)部的鎳鉻金屬加熱線圈組成；敏感材料為暴露富含Co²⁺晶面的Co₃O₄介孔納米片。本發(fā)明利用介孔納米片的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，以及Co₃O₄的{111}晶面更高的Co²⁺含量和更高的吸附氧能力和催化活性有效提高了傳感器對(duì)甲苯氣體的氣敏特性，提高了對(duì)甲苯氣體的靈敏度，且具有良好的選擇性、重復(fù)性和1ppm的檢測(cè)下限，在檢測(cè)甲苯氣體方面有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于暴露富含Co²⁺晶面的Co₃O₄介孔納米片的甲苯氣體傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

甲苯是一種典型的揮發(fā)性有機(jī)化合物，有特殊芳香氣味。在有機(jī)合成中，甲苯可作為溶劑用于油類、橡膠或?yàn)r青等的合成，同時(shí)又是制備很多染料的主要原料。甲苯具有很強(qiáng)的刺激性和麻醉性，根據(jù)已有的研究，長(zhǎng)時(shí)間暴露于高濃度的甲苯中，會(huì)出現(xiàn)頭痛、惡心、厭食等癥狀，并會(huì)對(duì)人的肝臟和大腦造成損害。根據(jù)中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(GBZ2.1-2019)，工作場(chǎng)所中甲苯的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度(PC-TWA)為50mg/m³(～12ppm)。因此，開(kāi)發(fā)一款能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)甲苯濃度，且制備簡(jiǎn)單、成本低、便攜性強(qiáng)的氣體傳感器，對(duì)于保障安全生產(chǎn)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

基于金屬氧化物半導(dǎo)體的氣體傳感器由于其純固態(tài)、體積小、響應(yīng)高、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，是檢測(cè)有害甲苯氣體的理想選擇。Co₃O₄具有尖晶石結(jié)構(gòu)，是一種常用于氣體傳感器的p型材料，對(duì)甲苯具有較高的催化活性，可用于甲苯檢測(cè)。不同的暴露晶面具有不同的原子構(gòu)型，表現(xiàn)出不同的表面性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)氣敏性能產(chǎn)生影響。另外，Co₃O₄中存在Co²⁺和Co³⁺，在氣體檢測(cè)過(guò)程中，兩者會(huì)起到不同的作用。雖然尚無(wú)研究表明在氣體傳感過(guò)程中的最佳Co²⁺與Co³⁺比值，但根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，較高的Co²⁺含量可以促進(jìn)氣敏性能的提高。結(jié)合晶體架構(gòu)，如圖1所示，Co₃O₄的(111)晶面與(112)晶面相比，全部由四面體的Co²⁺組成。因此，利用簡(jiǎn)單的方法制備出暴露(111)晶面的Co₃O₄材料，對(duì)于我們探究晶面的作用，并制備低成本、高靈敏度的甲苯傳感器具有重要意義。同時(shí)，二維納米片結(jié)構(gòu)具有高比表面積和大量暴露于表面的可用于表面反應(yīng)的高效活性位點(diǎn)，在氣體傳感領(lǐng)域表現(xiàn)出很大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼丝赏ㄟ^(guò)控制二維Co₃O₄材料的晶面暴露提高其對(duì)于甲苯氣體的檢測(cè)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于暴露富含Co²⁺晶面的Co₃O₄介孔納米片的甲苯氣體傳感器及其制備方法。本發(fā)明所得到的傳感器除了具有高靈敏度外，還具有較好的重復(fù)性、較快的響應(yīng)恢復(fù)速度和良好的選擇性。