CN107132254B - 一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料及其制备方法与应用，所述的一氧化碳气体敏感材料的制备方法包括：1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1~3的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为0.5 mol%~2.5 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在170~190℃的恒温干燥箱中保温14~18 h；3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5~7次，再在60℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末。本发明的制备方法简单易操作，对环境友好，有助于扩大化生产，成本低，有效提高复合材料的性能。
Description
技术领域
本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，随着现代社会化工业的不断发展，随之而来的环境问题也日益严重，各种工业废气不断排向大气，如一氧化碳、氮氧化合物、硫化物、甲烷等。其中，一氧化碳（CO）是一种剧毒气体，主要存在于冶金、家用煤气及汽车尾气中。排放到空气中的一氧化碳通过呼吸系统进入人体的血液，与血液中的血红蛋白结合，从而使机体组织因缺氧而坏死，严重危害人的健康；此外，一氧化碳与空气混合的爆炸极限为12.5 %~74.2 %。因此，职业安全与卫生管理局规定工业生产部门空气中一氧化碳的日平均浓度不得超过50 ppm。
而现有的一氧化碳气体传感器大多存在灵敏度低、重复性差、长期稳定性不好等诸多问题，而且功耗高、性能低；究其主要原因大多是因为所使用的一氧化碳气体的敏感材料不能满足需要，因此，研发一种高灵敏度的一氧化碳气体敏感材料应用于一氧化碳的检测具有很高的现实意义。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料，第二目的在于提供一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，第三目的在于提供一种含高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，第四目的在于提供一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的气体敏感材料是由相互聚集的粒径为6~12 nm的纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料。
本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1~3的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为0.5 mol%~2.5 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在170~190 ℃的恒温干燥箱中保温14~18 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5~7次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即可。
本发明的第三目的是这样实现的，所述的气体传感器由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本发明的第四目的是这样实现的，所述的应用为在室内环境中对一氧化碳气体检测上的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的制备方法简单易操作，对环境友好， 有助于扩大化生产，成本低，有效提高复合材料的性能。
2、本发明的一氧化碳敏感材料，纳米粒子尺寸粒度均一，晶格条纹清晰且发育良好，结晶度高，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加对目标气体的响应程度，本发明的复合材料在5 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内均具有快速且稳定的响应过程，响应恢复时间短，重复性和选择性高，且具有良好的稳定性，同时，本发明的一氧化碳气敏材料具有极高的灵敏度。
3、本发明的复合材料通过一氧化碳浓度与检测灵敏度之间的线性关系，能够有效实现对一氧化碳气体的定量检测，进一步拓展应用领域，增加其实用性。
4、本发明最佳工作温度为80 ℃，实现了CO传感器的低功耗。
附图说明
图1为实施例1中不同摩尔比Pt-SnO2纳米复合材料的XRD衍射图谱：（a）0mol% Pt-SnO2，（b）1.5 mol% Pt-SnO2，（c）2.5 mol% Pt-SnO2，（d）Pt相的PDF卡片（JCPDS：04-0802），（e）SnO2相的PDF卡片（JCPDS：41-1445）；
图2为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料的SEM图，其中（a）低倍的SEM图，（b）高倍的SEM图；
图3为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料的EDX谱图；
图4为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料（a）低倍的TEM图和（b）高倍的TEM图，（c）和（d）分别为（b）图中相应位置的HRTEM图；
图5为实施例1中使用不同摩尔比Pt-SnO2纳米复合材料的气体传感器在递增工作温度下对3000 ppm一氧化碳的灵敏度测试曲线；
图6为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器在80 ℃最佳工作温度下的气敏性能：其中（a）1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器在10~3000 ppm不同一氧化碳浓度下的响应恢复曲线，（b）不同一氧化碳浓度与相应的灵敏度之间的拟合曲线；
图7为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器在80 ℃工作温度下对3000 ppm一氧化碳的响应恢复时间测试曲线；
图8为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器在80 ℃工作温度下对3000 ppm一氧化碳的5次循环测试曲线；
图9为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器在80 ℃工作温度下对3000 ppm不同气体的选择性测试图；
图10为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器在80 ℃工作温度下对3000 ppm一氧化碳的长期稳定性测试图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料是由相互聚集的粒径为6~12 nm纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料。
所述的Pt- SnO2复合材料中Pt/Sn的原子摩尔比为0.5%~2.5%。
本发明所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1~3的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为0.5 mol%~2.5 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在170~190 ℃的恒温干燥箱中保温14~18 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5~7次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即可。
步骤（1）中所述的SnCl4·5H2O和C6H12O6的摩尔比为1:2。
步骤（2）中所述的H2PtCl6·6H2O的添加量为添加摩尔比为1.5 mol%的H2PtCl6·6H2O。此处制备方法中所述的添加量的摩尔比均是以SnCl4·5H2O作为参照。
所述的恒温干燥箱的温度为180 ℃，保温16 h。
本发明所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本发明所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的应用为在室内环境中对一氧化碳气体检测上的应用。
所述的一氧化碳气体的浓度为5~ 3000 ppm。
所述的一氧化碳气体的浓度为5~50 ppm。
所述的一氧化碳气体的浓度为5~100 ppm。
所述的一氧化碳气体的浓度为10~3000 ppm。
所述的一氧化碳气体的浓度为15~3000 ppm。
所述的一氧化碳气体的浓度为25~ 3000 ppm。
所述的一氧化碳气体的浓度为50~ 3000 ppm。
所述的检测为一氧化碳气体的定量检测。
实施例1
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:2的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加一定摩尔比的H2PtCl6·6H2O（0 mol%，1.5 mol%，2.5 mol%）于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在180 ℃的恒温干燥箱中保温16 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即可。
结果与分析：
1、XRD物相分析
图1为不同摩尔比Pt-SnO2纳米复合材料的XRD衍射图谱：（a）0 mol% Pt-SnO2，（b）1.5 mol% Pt-SnO2，（c）2.5 mol% Pt-SnO2，（d）Pt相的PDF卡片（JCPDS：04-0802），（e）SnO2相的PDF卡片（JCPDS：41-1445）。从图谱中可以看出，所有样品的衍射峰峰形都尖锐平滑，说明样品都有无规取向且具有较高的结晶度。同时，所有衍射峰的位置均与SnO2的标准数据（JCPDS : 41-1445；空间群为P42/mnm (136)；晶格常数为a = b = 4.738 Å，c = 3.187 Å）相吻合，表明此结晶相为锡石SnO2晶体结构。观察图1可以发现，复合Pt之后衍射峰有一定程度的宽化，说明Pt的复合使样品的晶粒尺寸变小。利用谢乐公式根据SnO2的（110）峰计算三个样品（（a），（b），（c））的平均晶粒尺寸，其值分别为12 nm、9.3 nm和9.5 nm。进一步证实了Pt的复合使SnO2的晶粒尺寸变小。通过以上的分析可以证明成功合成了Pt-SnO2纳米复合材料。
2、SEM分析
利用扫描电子显微镜表征1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料的微观形貌，并利用扫描电镜中的能量色散X射线光谱仪检测样品的组成成分。图2为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料的SEM图，其中（a）低倍SEM图，（b）高倍的SEM图；样品的低倍SEM图像展现了由相互聚集的微粒组成的块状形貌，形成了形状各异、大小不同的立体结构。正如高放大倍数的SEM图像（图2（b））所示，这种块状的微观结构是由纳米粒子堆砌而成的。
图3为1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料的EDX谱图，从图中可以看出，样品中存在Sn、O、Pt三种元素，这与XRD的表征结果相一致，进一步说明前驱体溶液中的铂离子已经进入到了纳米复合物中。
3、TEM分析
利用透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）进一步研究1.5mol% Pt-SnO2纳米复合材料的微观形貌和结构特征。图4为1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料（a）低倍TEM图和（b）高倍的TEM图，（c）和（d）分别为（b）图中相应位置的HRTEM图；如图4（a）所示，样品是由相互连接的纳米粒子组成的，并且存在较大程度的团聚，进一步证实了SEM分析中的推论。从图4（b）中可以看出，这些组合成块状结构的小颗粒呈现出多种微观形状，包括方形、球形、椭圆形以及多边形，并且直径范围从6 nm到12 nm。这个复合物的晶粒尺寸明显小于纯SnO2纳米粒子的晶粒尺寸。相互连接的纳米颗粒的高分辨TEM图像显示（图4（c）和（d））样品具有清晰且发育良好的晶格条纹，表明样品具有非常高的结晶度和随机的结晶取向。通过测量不同位置纳米颗粒晶格条纹之间的距离，得到0.335 nm和0.227 nm两种晶面间距，分别对应于锡石SnO2相的（110）晶面和立方Pt相的（111）晶面。因此，这些相互连接的纳米粒子由SnO2晶体和Pt晶体组成，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加样品对目标气体的响应程度。
Pt-SnO2纳米复合材料对一氧化碳的气敏性能研究：
为了探讨Pt-SnO2纳米复合材料在气体传感器方面的潜在应用，以一氧化碳为目标气体，从最佳工作温度、动态响应特性、响应恢复时间、重复性、选择性和稳定性等几个方面进行了研究。
气体传感器的制备：取实施例1制备的不同摩尔比的Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器
1、最佳工作温度
传感器的响应程度取决于目标气体的类型以及工作温度，因此工作温度是评估传感器性能的一个重要指标。图5为不同比例Pt复合SnO2纳米粒子传感器在不同工作温度下对3000 ppm一氧化碳的灵敏度测试曲线。测试结果显示，随着温度的升高，吸附氧离子Oads增加，灵敏度随之增加，在最佳工作温度条件下灵敏度达到最大值。当超过这个温度时，大量的气体分子开始减除对样品表面的吸附，导致灵敏度瞬间下降。从图中可以看出，纯的SnO2在100℃最佳工作温度下对3000 ppm一氧化碳的灵敏度达到198.63。Pt复合SnO2纳米粒子传感器的最佳工作温度则降为80℃。1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器对3000 ppm一氧化碳的响应程度高达610.45，是纯SnO2的3倍。同时，随着复合比例的增加，2.5 mol%Pt-SnO2纳米复合材料传感器对3000 ppm一氧化碳的灵敏度则降为88.86。因此，选择1.5mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器对一氧化碳进行检测，并且选择80℃作为最佳工作温度。
2、动态响应特性
以80℃作为测试的最佳工作温度，进一步研究了1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器典型的动态响应特性，如图6（a）所示，其中图6（a）为1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器在10~3000 ppm不同一氧化碳浓度下的响应恢复曲线，图6（b）为不同一氧化碳浓度与相应的灵敏度之间的拟合曲线。
1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器在10 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内展示了快速且稳定的响应过程。同时，传感器的响应程度随一氧化碳浓度的递增而升高。在80℃的最佳工作温度下，传感器对10 ppm、50 ppm、100 ppm、500 ppm、1000 ppm、2000ppm和3000 ppm一氧化碳的灵敏度分别达到10.61、17.69、19.58、78.74、199.47、427.57和610.45。值得注意的是，传感器在80℃的工作条件下对一氧化碳的检出限低至10 ppm，甚至低至5ppm。将不同一氧化碳浓度与对应的灵敏度进行拟合，如图6（b）所示。随着一氧化碳浓度的增加，灵敏度呈线性关系随之增加，拟合关系如下所示：
式中C为一氧化碳浓度，β为灵敏度，拟合得到的相关系数R 2为0.99626，说明一氧化碳浓度与灵敏度之间具有较好的线性关系，这将有利于传感器在实际应用中对一氧化碳气体的定量监测。
3、响应恢复时间
在本实验中，响应时间（τ res ）被规定为传感器检测到一氧化碳后，其电阻值达到90%稳定电阻值时所需的时间；恢复时间（τ recov ）则被规定为传感器脱离一氧化碳气体后，其电阻值恢复到90 %原有电阻值时所需的时间。图7为1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器在80℃工作温度下对3000 ppm一氧化碳的响应恢复时间曲线。如图所示，传感器对一氧化碳的响应时间为70 s，而恢复时间则低至5 s。
4、重复性
为了评估1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料气体传感器的可重复使用性，在80℃的工作温度下，将传感器暴露在3000 ppm的一氧化碳中并进行连续5次的循环测试，测试结果如图8所示。从图中可以明显的看出，5次连续测试的灵敏度值以及响应恢复时间都基本相同。同时，通过计算得到5次灵敏度值的相对偏差仅为1.12%。说明传感器可以在短时间内进行连续不断地重复使用。
5、选择性
图9为实施例1中1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器在80℃工作温度下对3000 ppm不同气体的选择性测试图；测试的气体主要包括甲烷、丁烷、一氧化碳和氢气。测试结果显示，传感器对一氧化碳的灵敏度明显高于其他的可燃气体，并且分别是甲烷、丁烷、氢气的103.29倍、19.77倍和6.46倍。上述分析结果表明，在相同的环境条件下传感器对氢气表现出较好的选择性。
6、稳定性
为了验证1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器的使用寿命和稳定性，在80℃的最佳工作温度下，对传感器进行3000 ppm一氧化碳每天一次的灵敏度测试，测试周期为30天，测试结果如图10所示。从图中可以看出，1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器在前19天内相对稳定，从第19天开始出现了轻微的波动，波动范围在7.63 %左右。同时对30天的测试结果进行求平均值计算，得到平均灵敏度为603.93，略低于最初的响应值610.45，说明1.5 mol% Pt-SnO2纳米复合材料传感器具有相对较高的稳定性以及较长的使用寿命。
实施例2
一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为0.5 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在170 ℃的恒温干燥箱中保温14 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即为目标物。
所得到的气体敏感材料为由相互聚集的粒径为6nm纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料；其中Pt/Sn的原子摩尔比为0.5%。
含有实施例2所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本实施例得到的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料在室内环境中对浓度为5~ 3000ppm的一氧化碳气体检测上具有极大的应用价值，包括定性检测和定量检测。其中对于5ppm的一氧化碳的灵敏度达到8.35，一氧化碳的浓度越高灵敏度越高。本实施例得到的一氧化碳敏感材料，纳米粒子尺寸粒度均一，晶格条纹清晰且发育良好，结晶度高，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加对目标气体的响应程度，本发明的复合材料在5 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内均具有快速且稳定的响应过程，响应恢复时间短，重复性和选择性高，且具有良好的稳定性。
实施例3
一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:2的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为1 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在180 ℃的恒温干燥箱中保温15 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤6次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即为目标物。
所得到的气体敏感材料为由相互聚集的粒径为8~10 nm纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料；其中Pt/Sn的原子摩尔比为0.88%。
含有实施例3所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本实施例得到的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料在室内环境中对浓度为5~ 3000ppm的一氧化碳气体检测上具有极大的应用价值，包括定性检测和定量检测。其中对于6ppm的一氧化碳的灵敏度达到7.89，一氧化碳的浓度越高灵敏度越高。本实施例得到的一氧化碳敏感材料，纳米粒子尺寸粒度均一，晶格条纹清晰且发育良好，结晶度高，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加对目标气体的响应程度，本发明的复合材料在5 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内均具有快速且稳定的响应过程，响应恢复时间短，重复性和选择性高，且具有良好的稳定性。
实施例4
一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:3的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为1.5 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在190 ℃的恒温干燥箱中保温16 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即为目标物。
所得到的气体敏感材料为由相互聚集的粒径为8 nm左右的纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料；其中Pt/Sn的原子摩尔比为1.41%。
含有实施例4所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本实施例得到的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料在室内环境中对浓度为5~ 3000ppm的一氧化碳气体检测上具有极大的应用价值，包括定性检测和定量检测。其中对于7ppm的一氧化碳的灵敏度达到8.66，一氧化碳的浓度越高灵敏度越高。本实施例得到的一氧化碳敏感材料，纳米粒子尺寸粒度均一，晶格条纹清晰且发育良好，结晶度高，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加对目标气体的响应程度，本发明的复合材料在5 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内均具有快速且稳定的响应过程，响应恢复时间短，重复性和选择性高，且具有良好的稳定性。
实施例5
一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1.5的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为2 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在175 ℃的恒温干燥箱中保温17 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤6次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即为目标物。
所得到的气体敏感材料为由相互聚集的粒径为12 nm纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料；其中Pt/Sn的原子摩尔比为1.89%。
含有实施例5所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本实施例得到的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料在室内环境中对浓度为5~ 3000ppm的一氧化碳气体检测上具有极大的应用价值，包括定性检测和定量检测。其中对于8ppm的一氧化碳的灵敏度达到9.21，一氧化碳的浓度越高灵敏度越高。本实施例得到的一氧化碳敏感材料，纳米粒子尺寸粒度均一，晶格条纹清晰且发育良好，结晶度高，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加对目标气体的响应程度，本发明的复合材料在5 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内均具有快速且稳定的响应过程，响应恢复时间短，重复性和选择性高，且具有良好的稳定性。
实施例6
一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:2.5的摩尔比溶解在70 mL去离子水中，再添加摩尔比为2.5 mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60 mL混合溶液于100 mL聚四氟乙烯内衬中，在185 ℃的恒温干燥箱中保温18 h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤7次，再在60 ℃下干燥24 h，最后将干燥后的样品在500 ℃下退火1 h，直接收集得到浅灰色粉末，即为目标物。
所得到的气体敏感材料为由相互聚集的粒径为6~12 nm纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt- SnO2复合材料；其中Pt/Sn的原子摩尔比为2.2%。
含有实施例6所述的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，由以下步骤制备得到：取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120 ℃烘干12 h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400 ℃热处理1 h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
本实施例得到的高灵敏度一氧化碳气体敏感材料在室内环境中对浓度为5~ 3000ppm的一氧化碳气体检测上具有极大的应用价值，包括定性检测和定量检测。其中对于9ppm的一氧化碳的灵敏度达到9.87，一氧化碳的浓度越高灵敏度越高。本实施例得到的一氧化碳敏感材料，纳米粒子尺寸粒度均一，晶格条纹清晰且发育良好，结晶度高，随机的结晶取向引起的应力和缺陷可能会产生更多的氧空位，增加对目标气体的响应程度，本发明的复合材料在5 ppm到3000 ppm的一氧化碳浓度范围内均具有快速且稳定的响应过程，响应恢复时间短，重复性和选择性高，且具有良好的稳定性。
Claims (9)
1.一种高灵敏度一氧化碳气体敏感材料，其特征在于所述的一氧化碳气体敏感材料是由相互聚集的粒径为6~12nm的纳米粒子堆砌而成、大小不同的块状Pt-SnO2复合材料，所述Pt-SnO2复合材料中Pt/Sn的原子摩尔比为0.5%~2.5%；所述高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1~3的摩尔比溶解在70mL去离子水中，再添加摩尔比为0.5mol%~2.5mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60mL混合溶液于100mL聚四氟乙烯内衬中，在170~190℃的恒温干燥箱中保温14~18h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5~7次，再在60℃下干燥24h，最后将干燥后的样品在500℃下退火1h，直接收集得到浅灰色粉末，即可。
2.一种如权利要求1所述高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在室温搅拌下，将SnCl4·5H2O和C6H12O6按1:1~3的摩尔比溶解在70mL去离子水中，再添加摩尔比为0.5mol%~2.5mol%的H2PtCl6·6H2O于上述溶液中；
2）量取60mL混合溶液于100mL聚四氟乙烯内衬中，在170~190℃的恒温干燥箱中保温14~18h；
3）然后将其取出冷却至室温，得到的产物用无水乙醇和去离子水交替离心洗涤5~7次，再在60℃下干燥24h，最后将干燥后的样品在500℃下退火1h，直接收集得到浅灰色粉末，即可。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤1）中所述SnCl4·5H2O和C6H12O6的摩尔比为1:2。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2）中所述H2PtCl6·6H2O的添加量为添加摩尔比为1.5mol%的H2PtCl6·6H2O。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2）中所述恒温干燥箱的温度为180℃，保温16h。
6.一种含权利要求1所述高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的气体传感器，其特征在于取Pt-SnO2复合材料与去离子水按质量比2:5调成均匀的糊状，涂于带Pt引线的陶瓷管外表面，在120℃烘干12h，得到带有均匀气敏材料厚膜的陶瓷管气敏元件，在马弗炉中400℃热处理1h，将元件焊接在管座上并置于专用的老化台上老化得到气体传感器。
7.一种如权利要求1所述高灵敏度一氧化碳气体敏感材料的应用，其特征在于所述应用为在室内环境中对一氧化碳气体检测上的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于所述一氧化碳气体的浓度为5~3000ppm。
9.如权利要求7所述的应用，其特征在于所述检测为一氧化碳气体的定量检测。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
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