CN103852504A

CN103852504A - 一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法

Info

Publication number: CN103852504A
Application number: CN201410100024.4A
Authority: CN
Inventors: 唐莉莉; 欧阳跃军; 余刚; 雷淑君
Original assignee: Huaihua University
Current assignee: Huaihua University
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明提供了一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，包括自制微电极、钯金合金纳米线沉积以及组装成氢传感器的步骤。本发明的钯金合金纳米线氢传感器具有比较好的氢气响应能力，其在氢气浓度0.5～3.0%范围内具有非常好的线性关系，且该传感器具备高度稳定性和重现性。

Description

一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氢传感器的制备方法，特别是一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法。

背景技术

传感器的研制是氢气含量在线监测的重要研究方向之一。钯金合金纳米传感器中，钯与氢原子结合得到的钯氢化合物能改变其导电性、晶格常数、折射率等性质，从而检测氢气浓度的变化；同时金与钯合金化能降低纯钯的氢脆、减少中毒并延长传感器的使用寿命。

现在制备纳米线氢传感器的主要手段有：1）先模板法电沉积得到纳米线\管阵列和纳米粒子等，再将其转移到绝缘玻片或叉指金微电极上，组装成电阻型纳米线\管阵列氢传感器。2）结合电子束刻蚀和电化学沉积的方法，在微电极上制备氢传感器，简称微电极法。其中微电极法是近年来主要使用的方法：电子束刻蚀得到各种规格形状的微电极，而电化学沉积是因为交流电周期性变化过程中，负半周（即阴极过程）时，金属离子电解析出，而正半周（即阳极过程）时，电化学不完全溶解，这种周期脉冲作用加强了阴极过程，从而实现了交流电作用下的电沉积。这种方法可以直接连接沉积的纳米线结构两端，避免了方法1）中的转移过程和对电极的损害，简单、快速、成功率较高，广泛适用于金属/有机/金属开关。微电极法又分为悬浮液法和直接溶液法。悬浮液法是将悬浮液中胶体粒子、纳米线或纳米棒在交流电场的作用下可以排列组装成纳米线。此法需要预先制备纳米材料，且组装的微/纳米线中晶粒间作用力相当于氢键的结合力大小，其机械稳定性不高。在干燥的条件下或用去离子水冲洗后在毛细作用力下就能被破坏，微/纳米线则很容易断裂。溶液法是指在两个微电极之间不同交流电场，通过改变沉积条件直接将金属离子沉积在微电极之间。这样形成的纳米线以金属键结合，稳定性更高，线条更细腻。

本发明是通过自制微电极并调整交流电频率大小，制备得到钯金合金纳米线阵列，再组装成氢传感器，并检测其性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法。

为实现以上本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）自制微电极：将两根互相绝缘的、一定直径的金丝固定，浇筑混合树脂，静置干燥后，小心打磨；电极一面是间距20μm的两个金点，另一面的多余金丝用银导电胶连接上铜丝，并再次用混合树脂密封固定，静置干燥后得到实验所用金微电极；

2)钯金合金纳米线沉积：室温下，取15μL的氯化钯-氯金酸混合溶液滴加在微电极上，在电极间施加一个对称的双频正弦交流电，先控制低频300Hz沉积3～5s，再迅速调整到超高频率10MHz，沉积时间10min，得到PdAu合金纳米线；

3）将步骤2)金微电极上交流电沉积组装的钯银合金纳米线生长并连通微电极两端组装成氢传感器。

其中，所述步骤1）金丝的直径为0.2mm。

其中，所述步骤1）混合树脂为环氧树脂与聚酰胺树脂的混合物。

其中，所述环氧树脂：聚酰胺树脂=1：1。

其中，所述步骤2）的电沉积过程用信号发生器/计数器进行。

根据本发明的PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，可以制备出PdAu合金纳米线氢传感器，且微电极一旦制备，可重复使用，节约成本；根据本发明制备氢传感器的成功率高。

根据本发明制备的钯金合金纳米线氢传感器具有比较好的氢气响应能力，其在氢气浓度0.5～3.0%范围内具有非常好的线性关系，且该传感器具备高度稳定性和重现性。

附图说明

图1为本发明自制金微电极制备示意图。

图2为本发明钯金合金纳米线沉积方法示意图。

图3为本发明氢传感器性能检测装置示意图。

图4为本发明氢传感器不同金含量合金纳米线氢传感器的响应强度曲线示意图。

图5为本发明氢传感器不同氢气浓度下Pd₇₅Au₂₅合金纳米线氢传感器的响应电流曲线示意图。

图6为本发明氢传感器不同氢气浓度下与不同氢传感器的响应强度对比曲线示意图。

图7为本发明Pd₇₅Au₂₅合金纳米线氢传感器稳定性曲线图。

具体实施方式

下面结合更具体的实施方式对本发明做进一步展开说明，但需要指出的是，本发明的钯金合金纳米线氢传感器的制备方法并不限于这种具体的条件和工艺。对于本领域技术人员显然可以理解的是，以下的说明内容即使不做任何调整或修正，也可以直接适用于在此未指明的其他条件和工艺。

如图1所示，自制微电极步骤包括：将两根互相绝缘的、直径为0.2mm的金丝固定，浇筑环氧树脂：聚酰胺树脂=1：1的混合树脂，静置干燥后，小心打磨。电极一面是间距20μm的两个金点，另一面多余金丝用银导电胶连接上铜丝，并再次用混合树脂密封固定，静置干燥后得到实验所用金微电极。

如图2所示，钯金合金纳米线沉积步骤包括：电沉积过程用信号发生器/计数器进行。室温下，取15μL的氯化钯-氯金酸混合溶液滴加在微电极上，在电极间施加一个对称的双频正弦交流电，先控制低频300Hz沉积3～5s，再迅速调整到超高频率10MHz，沉积时间10min，得到PdAu合金纳米线。

PdAu合金纳米线氢传感器的组装：金微电极上交流电沉积组装的钯银合金纳米线生长并连通两微电极，因此无须转移或者其他操作，直接连接微电极两端即可组装成氢传感器。制备的氢气传感器通过一系列检测手段检测其性能。图3是PdAu合金纳米线氢传感器性能检测装置示意图。整个检测装置由气路装置（包括气瓶、减压阀、气体稳流阀、气管、干燥室、样品室和尾气处理）和数据采集装置（电化学工作站和计算机）组成。将传感器置于样品室中，并与电化学工作站相连接，在其两端施加5mV的恒电压，先通入高纯Ar气使得传感器基线稳定，再调节气体稳流阀通入一定浓度的氢氩混合气，传感器的输出电流会随着通入混合气浓度的变化而变化，响应信号通过与电化学工作站相连接的计算机输出。

通过研究金含量分别为0、15%、25%、30%、35%、40%情况下钯金合金纳米线氢传感器在氢气浓度2.0%下的响应强度情况，得到图4的不同金含量钯金合金纳米线氢传感器在氢气浓度2.0%下的响应强度曲线，说明金含量（质量百分比）20～30%的钯金合金纳米线氢传感器具有比较好的氢气响应能力。

通过研究纳米线氢气传感器在0.5%、1.5%、1.8%、2%、2.3%、3%、5%不同氢气浓度下的响应电流曲线得到图5的室温时Pd₇₅Au₂₅纳米线传感器在不同氢气浓度下的响应电流曲线，说明其在氢气浓度0.5～3.0%范围内具有非常好的线性关系。如图6所示，对比了不同氢传感器Pd100(a)、Pd75Au25(b)、Pd65Au35(c)在不同氢气浓度下的响应强度比较，说明Pd₇₅Au₂₅氢传感器的响应能力最好。

图7是Pd₇₅Au₂₅氢传感器在0.5%和3.0%的氢气浓度下的循环检测，反应了该传感器的高度稳定性和重现性。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，其特征在于所述步骤1）金丝的直径为0.2mm。

3.根据权利要求1或2所述的PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，其特征在于所述步骤1）混合树脂为环氧树脂与聚酰胺树脂的混合物。

4.根据权利要求3所述的PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，其特征在于所述环氧树脂：聚酰胺树脂=1：1。

5.根据权利要求4所述的PdAu合金纳米线氢传感器的制备方法，其特征在于所述步骤2）的电沉积过程用信号发生器/计数器进行。