[發(fā)明專利]用于CO檢測傳感器的Pt/CMK-3納米復合材料及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2022-12-02
• 公開（公告）號: CN116183688A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 高健;張聰;郜蕾;劉璇
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙瀚頓知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 43223
• 代理人: 吳亮;朱敏

本發(fā)明提供一種用于CO檢測傳感器的Pt/CMK?3納米復合材料，以金屬Pt為載體，以CMK?3為負載在載體上的添加劑，其中，CMK?3添加劑與載體Pt的質(zhì)量比為1?12:100。其制備方法是首先對CMK?3進行酸化預處理，得到預處理后的前驅(qū)體CMK?3，然后通過一步水熱法將前驅(qū)體CMK?3負載到貴金屬Pt上，得到Pt/CMK?3納米復合材料。本發(fā)明的Pt/CMK?3納米復合材料，作為電化學氣體傳感器電極材料，可提高對目標氣體CO的靈敏度，縮短了響應/恢復時間，并能減少鉑金屬用量，降低成本。

技術領域

本發(fā)明涉及電化學氣體傳感器技術領域，具體涉及一種用于CO檢測傳感器的Pt/CMK-3納米復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

伴隨國民經(jīng)濟不斷發(fā)展,有毒氣體(例如，CO)的排放量也隨之快速增加，這使得空氣污染問題變得十分突出且已引起社會各界的廣泛關注。世界衛(wèi)生組織(WHO)曾預測空氣污染是導致人類過早死亡的主因。空氣中所存在的這類污染物，不僅會損害農(nóng)業(yè)、工業(yè)、住宅建筑、技術設施以及歷史遺跡等，還會影響人類健康，尤其是在患有呼吸和心血管等方面疾病。

CO是空氣污染物的主要成分，也是環(huán)境中最有害氣體之一，它本身具有無色無味無刺激性、易燃易爆的特點，被稱為“無聲殺手”；CO主要來自于家用電器、機械和加熱設備等所使用的碳基燃料不完全燃燒；當其濃度達到一定值時易與氧接觸并發(fā)生爆炸。另外，若人體吸入CO，則CO極易與血液中攜帶氧氣的血紅蛋白緊密結合形成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白喪失攜氧及其他相關能力，造成因無法向身體組織及時輸送氧氣，而導致的頭昏、意識混亂、昏迷、甚至死亡。因此，實現(xiàn)對CO濃度的精準、實時在線監(jiān)測，可避免或降低其對人體所造成的傷害及環(huán)境污染。

電化學氣體傳感器是一類檢測度相對更高的氣敏傳感元件，可及時、在線、準確、連續(xù)檢測氣體濃度變化，具有選擇性好、穩(wěn)定性強、靈敏度高以及可室溫檢測等優(yōu)點，在航天航空、食品安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療領域均有廣泛應用。其工作原理是利用目標氣體在氣-固-液三相界面處發(fā)生氧化或還原反應，將反應產(chǎn)生的化學信號轉換為電信號；而基于電信號大小和氣體濃度之間保持有良好線性關系的這一特性，我們可實現(xiàn)對特定環(huán)境中目標氣體的濃度變化進行準確和在線監(jiān)測。

傳統(tǒng)電化學CO氣體傳感器所用電極材料一般為純鉑黑，成本很高；同時，其傳感性能還存在響應/恢復時間長、靈敏度較低等問題。

鑒于此，有必要開發(fā)出一種新型電極材料以解決上述存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于CO檢測傳感器的Pt/CMK-3納米復合材料，其作為電化學氣體傳感器電極材料，可提高對目標氣體CO的靈敏度，縮短了響應/恢復時間，并能減少鉑金屬用量，降低成本。

為了解決上述問題，本發(fā)明的技術方案如下：

一種用于CO檢測傳感器的Pt/CMK-3納米復合材料，以金屬Pt為載體，以CMK-3為負載在載體上的添加劑，其中，CMK-3添加劑與載體Pt的質(zhì)量比為1-12:100。

本發(fā)明還提供一種用于CO檢測傳感器的Pt/CMK-3納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1，將CMK-3置于濃H₂SO₄與濃HNO₃的混合溶液中，室溫下攪拌18-48h，離心洗滌至中性，之后冷凍干燥24-72h，得到預處理后的前驅(qū)體CMK-3；

步驟S2，將適量預處理的前驅(qū)體CMK-3分散于H₂PtCl₆·6H₂O水溶液中，攪拌分散后再加入適量PVP；待PVP完全溶解后，加入DMA與DMF的混合溶液，繼續(xù)攪拌分散，其中前驅(qū)體CMK-3與金屬Pt的質(zhì)量比為1-12:100；