CN107884453A - 一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法 - Google Patents

一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法。本发明提供的传感器中钯纳米颗粒在氢敏过程中是很好的催化剂，通过溢流效应，在增大灵敏度的同时，也降低了传感器的工作温度；并且钯纳米颗粒与TiO2纳米管之间为点接触连接，极大地增大了材料的比表面积，也起到增大灵敏度的作用；通过银电极分别与TiO2纳米管阵列和金属钛箔连接，形成肖特基结面积小的阵列式传感器，稳定性好。实验结果表明，本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器对氢气的检出限达到1ppm，响应时间小于10s。

Description

一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制 备方法
技术领域
本发明涉及半导体气敏元件技术领域，特别涉及一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法。
背景技术
氢气是一种重要的能源材料，在生产生活中具有广泛的应用。但氢气是易燃易爆气体，在使用和储存场合对其进行及时地检测和监控，是非常必要的。目前使用的氢气传感器主要有固态电解质传感器，催化传感器和半导体氧化物传感器。其中，二氧化钛作为一种常用的半导体材料，在对氢气等还原性气体的检测方面受到广泛的关注。二氧化钛纳米管以其较大的比表面积和尺寸效应，有很大的应用前景。
Grimes等(J.Mater.Res.，Vol.16：3331-3335)于2001年利用阳极氧化法，首次在钛箔上制备出高度有序的二氧化钛纳米管阵列。关于二氧化钛纳米管的制备以及性能的研究也因此成为关注的焦点。K.Varghese等(Sensors and ActuatorsB93：338–344)于2003年，将二氧化钛纳米管应用于氢气传感器，发现其具有较好的氢敏性能。随后关于改性二氧化钛纳米管对氢气敏感性的研究越来越多。2004年，Grimes等(J.Mater.Res.，Vol.19：628-634)利用钯片作电极掺杂的二氧化钛纳米管，在室温下得到较好的氢气敏感性，但其恢复缓慢。
2008年，Gennadiy V.Kamarchuka等(Sensors and Actuators B 134，1022–1026)利用金和单壁碳纳米管的异质点接触开发了一种新型的传感器，其表现出很高的敏感性及其较短的响应和回复时间。因此，点接触已经成为了纳米传感领域的一个新观念。
申请号为200710168368.9的中国专利申请公开了“一种半导体氧化物气敏元件制备方法”，克服了传统工艺材料制备与元件制作分离的缺点。但是，在已经报道的关于二氧化钛纳米管阵列氢敏传感器存在着界面接触不良的问题，导致传感器的稳定性低，灵敏度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法。本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器稳定性高，灵敏度好。
本发明提供了一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，包括金属钛箔、垂直分布于所述金属钛箔单面的TiO2纳米管阵列、附着于所述TiO2纳米管内壁和外壁上的钯纳米颗粒以及分别电连接于金属钛箔和TiO2纳米管阵列表面的两个银电极。
优选的，所述TiO2纳米管阵列中单个TiO2纳米管的长度独立地为1～3μm，TiO2纳米管的外径独立地为100～150nm，TiO2纳米管的壁厚独立地为20～30nm。
优选的，所述钯纳米颗粒的粒径为5～20nm。
优选的，按质量计，所述钯纳米颗粒在TiO2纳米管上的修饰量为0.5～2％。
优选的，所述金属钛箔的厚度为0.1～1mm。
本发明提供了一种上述技术方案所述钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以金属钛箔为阳极，在醇溶液中进行阳极氧化，得到表面氧化钛箔；
(2)将所述步骤(1)得到的表面氧化钛箔进行退火，在金属钛箔表面形成TiO2纳米管阵列；
(3)将所述步骤(2)得到的TiO2纳米管阵列表面沉积金属钯，在金属钛箔表面形成钯纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列；
(4)在所述步骤(3)得到的钯纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列和所述金属钛箔表面分别引出一个银电极，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
优选的，所述步骤(1)中阳极氧化的电压为20～60V，阳极氧化的时间为10～60min。
优选的，所述步骤(2)中退火的温度为400～600℃，退火的时间为50～70min。
优选的，所述步骤(3)中的沉积为紫外光诱导沉积。
优选的，所述紫外光诱导沉积的条件包括：紫外光波长为254～365nm，紫外光的强度为0.5～5mW/cm2，电流密度为0.5～5mA·cm-2，紫外光诱导沉积的时间为10～60s。
本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，包括金属钛箔、垂直分布于所述金属钛箔单面的TiO2纳米管阵列、附着于所述TiO2纳米管内壁和外壁上的钯纳米颗粒以及分别电连接于金属钛箔和TiO2纳米管阵列表面的两个银电极。本发明提供的传感器中钯纳米颗粒在氢敏过程中是很好的催化剂，通过溢流效应，在增大灵敏度的同时，也降低了传感器的工作温度；并且钯纳米颗粒与TiO2纳米管之间为点接触连接，极大地增大了材料的比表面积，也起到增大灵敏度的作用；通过银电极分别与TiO2纳米管阵列和金属钛箔连接，形成肖特基结面积小的阵列式传感器，用银浆将银丝粘连，纳米管阵列与银丝为线接触，接触面积大，稳定性好。实验结果表明，本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器对氢气的检出限达到1ppm，响应时间小于10s。
附图说明
图1为本发明实施例1中钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器制备的工艺流程图；
图2为本发明实施例1中钯修饰二氧化钛纳米管阵列的扫描图片；
图3为本发明钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的连接示意图；其中，1为钯修饰二氧化钛纳米管阵列，2为金属钛箔，3银浆，4为银导线；
图4为本发明实施例2中钯修饰二氧化钛纳米管阵列的扫描图片；
图5为本发明实施例3中钯修饰二氧化钛纳米管阵列的扫描图片；
图6为本发明实施例4中钯修饰二氧化钛纳米管阵列的扫描图片。
具体实施方式
本发明提供了一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，包括金属钛箔、垂直分布于所述金属钛箔单面的TiO2纳米管阵列、附着于所述TiO2纳米管内壁和外壁上的钯纳米颗粒以及分别电连接于金属钛箔和TiO2纳米管阵列表面的两个银电极。
本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器包括金属钛箔。本发明对所述金属钛箔的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述金属钛箔的厚度优选为0.1～1mm，更优选为0.3～0.7mm。本发明对所述金属钛箔的形状和面积没有特殊的限定，根据所述器件进行调整即可。在本发明的实施例中，所述金属钛箔优选为5.0cm×5.0cm的正方形。在本发明中，所述金属钛箔与现有技术中的钛丝相比接触面积大，稳定性好。
本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器包括垂直分布于所述金属钛箔单面的TiO2纳米管阵列。在本发明中，所述TiO2纳米管阵列中单个TiO2纳米管的长度优选独立地为1～3μm，更优选为2μm；所述TiO2纳米管的外径优选独立地为100～150nm，更优选为110～140nm；所述TiO2纳米管的壁厚优选独立地为20～30nm，更优选为22～26nm。
在本发明中，所述TiO2纳米管的轴向与金属钛箔表面垂直，形成金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列。在本发明中，所述TiO2纳米管优选在金属钛箔的单面紧密排布。在本发明中，所述TiO2纳米管优选为锐钛矿晶型。在本发明中，所述TiO2纳米管阵列为氢敏材料。
本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器包括附着于所述TiO2纳米管内壁和外壁上的钯纳米颗粒。在本发明中，所述钯纳米颗粒的粒径优选为5～20nm，更优选为10～15nm。在本发明中，按质量计，所述钯纳米颗粒在TiO2纳米管上的修饰量优选为0.5～2％，更优选为1～1.5％。在本发明中，所述钯纳米颗粒优选均匀分布于所述TiO2纳米管内壁和外壁上。在本发明中，所述钯纳米颗粒在氢敏过程中是很好的催化剂，通过溢流效应，在增大灵敏度的同时，也降低了传感器的工作温度；并且钯纳米颗粒与TiO2纳米管之间为点接触连接，极大地增大了材料的比表面积，也起到增大灵敏度的作用。
本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器包括分别电连接于金属钛箔和TiO2纳米管阵列表面的两个银电极。本发明对所述银电极的尺寸没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的氢敏传感器用银电极即可。在本发明中，所述银电极分别与TiO2纳米管阵列和金属钛箔连接，形成肖特基结面积小的阵列式传感器，稳定性好。
在本发明中，所述钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的肖特基结面积优选为1mm2。
本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器中钯纳米颗粒在氢敏过程中是很好的催化剂，通过溢流效应，在增大灵敏度的同时，也降低了传感器的工作温度；并且钯纳米颗粒与TiO2纳米管之间为点接触连接，极大地增大了材料的比表面积，也起到增大灵敏度的作用；通过银电极分别与TiO2纳米管阵列和金属钛箔连接，形成肖特基结面积小的阵列式传感器，稳定性好。
本发明还提供了上述技术方案所述钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以金属钛箔为阳极，在醇溶液中进行阳极氧化，得到表面氧化钛箔；
(2)将所述步骤(1)得到的表面氧化钛箔进行退火，在金属钛箔表面形成TiO2纳米管阵列；
(3)将所述步骤(2)得到的TiO2纳米管阵列表面沉积金属钯，在金属钛箔表面形成钯纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列；
(4)在所述步骤(3)得到的钯纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列和所述金属钛箔表面分别引出一个银电极，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
本发明以金属钛箔为阳极，在醇溶液中进行阳极氧化，得到表面氧化钛箔。本发明对所述醇溶液的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于阳极氧化的醇溶液电解质即可。在本发明中，所述醇溶液优选为含有氟离子的醇溶液；所述氟离子的浓度优选为1～5g/L，更优选为2～3g/L。在本发明中，所述醇优选包括乙二醇。在本发明中，所述醇溶液中优选还包括去离子水；所述去离子水的体积含量优选为10％以下，更优选为5％以下。在本发明的实施例中，所述醇溶液优选包括质量含量为90％的乙二醇的水溶液。
在本发明中，所述阳极氧化的电压优选为20～60V，更优选为30～50V，最优选为35～45V；所述阳极氧化的时间优选为10～60min，更优选为20～50min，最优选为30～40min。在本发明中，所述阳极氧化过程中金属钛箔作为阳极，表面被氧化，得到表面氧化钛箔。
得到表面氧化钛箔后，本发明将所述表面氧化钛箔进行退火，得到金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列。在本发明中，所述退火的温度优选为400～600℃，更优选为450～550℃，最优选为500℃；所述退火的时间优选为50～70min，更优选为60min。本发明对升温至所述退火温度的升温速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。在本发明中，升温至所述退火温度的升温速率优选为8～12℃/min，更优选为10℃/min。
在本发明中，所述退火优选在空气或氮气气氛中进行。本发明对所述退火的冷却方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的自然冷却方式即可。在本发明中，所述退火使表面氧化钛箔表面的氧化钛结晶为锐钛矿晶型TiO2纳米管。
得到金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列后，本发明将所述金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列表面沉积金属钯，得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列。在本发明中，所述沉积优选为紫外光诱导沉积。在本发明中，所述紫外诱导沉积优选通过三电极体系进行。在本发明中，所述三电极体系中的工作电极优选为附有TiO2纳米管阵列的金属钛箔。本发明对所述三电极体系中的辅助电极和参比电极的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于沉积钯的电极即可。
在本发明中，所述紫外诱导沉积的溶液优选为包括钯的无机盐溶液，更优选包括Pd(NH3)4Cl2的水溶液。在本发明中，所述溶液中钯的无机盐溶液的浓度优选为0.5～5mmol/L，更优选为1～4mmol/L，最优选为2～3mmol/L。
在本发明中，所述紫外光诱导沉积的紫外光的波长优选为254～365nm，更优选为280～340nm，最优选为300～320nm；所述紫外光诱导沉积的紫外光的强度优选为0.5～5mW/cm2，更优选为1～4mW/cm2，最优选为2～3mW/cm2；所述紫外光诱导沉积的电流密度优选为0.5～5mA·cm-2，更优选为1～4mA·cm-2，最优选为2～3mA·cm-2；所述紫外光诱导沉积的时间优选为10～60s，更优选为20～50s，最优选为30～40s。在本发明中，所述紫外诱导沉积使钯纳米颗粒在TiO2纳米管表面分布更加均匀。
沉积完成后，本发明优选将所述沉积的产物进行第二退火，得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列。在本发明中，所述第二退火的温度优选为250～450℃，更优选为300～400℃，最优选为350℃；所述第二退火的时间优选为50～70min，更优选为60min。在本发明中，所述第二退火优选在空气或氮气气氛中进行。本发明对所述升温至所述第二退火温度的升温速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。在本发明中，升温至所述第二退火温度的升温速率优选为8～12℃/min，更优选为10℃/min。本发明对所述第二退火的冷却方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的自然冷却方式即可。在本发明中，所述第二退火的作用是除去表面的溶剂及其它挥发性杂质。
得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列后，本发明将所述钯修饰TiO2纳米管阵列和所述金属钛箔表面分别引出一个银电极，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。本发明对所述银电极的引出的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的引出电极的技术方案即可。本发明优选采用银浆将两根银线分别粘连在钯修饰TiO2纳米管阵列和所述金属钛箔表面，得到两个银电极。
引出银电极后，本发明优选将所述引出银电极后的产物进行第三退火，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。在本发明中，所述第三退火的温度优选为250～450℃，更优选为300～400℃，最优选为350℃；所述第三退火的时间优选为0.5～3h，更优选为1～2h。本发明对所述升温至所述第三退火温度的升温速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的升温速率即可。在本发明中，升温至所述第三退火温度的升温速率优选为8～12℃/min，更优选为10℃/min。在本发明中，所述第三退火优选在空气或氮气气氛中进行。本发明对所述第三退火的冷却方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的自然冷却方式即可。在本发明中，所述第三退火使银电极的接触点更加稳定。
本发明提供的制备方法简单，依次通过阳极氧化、热处理、沉积和制备电极得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，工艺参数容易控制。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
本实施例中钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备工艺流程如图1所示，将金属钛箔依次进行阳极氧化、热处理、紫外光诱导电沉积、热处理和银电极的引出，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，具体为：
(1)将超声清洗后的金属钛箔作为阳极，放入电解质醇溶液(90wt％的乙二醇，0.25wt％的NH4F和2vol％的去离子水)进行电化学阳极氧化，电压为55V，氧化时间为15min，氧化结束后，将样品取出并清洗。
(2)将经过阳极氧化后的样品放入管式炉中，在空气中10℃/min的速率升温至500℃，保温1h，自然冷却后取出，得到金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列。
(3)热处理后的钛箔为工作电极，以1mmol·L-1的Pd(NH3)4Cl2的水溶液为溶液，在三电极体系中进行钯的紫外诱导沉积，紫外光的波长365nm，所述紫外光的强度1mW/cm2，电流密度为1mA·cm-2，时间为30s。
(4)沉积后的钛丝再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至350℃，保温1h后自然冷却，得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列的形貌如图2所示。从图2可以看出，钯修饰TiO2纳米管阵列紧密排布于金属钛箔表面。
(5)经过第二次热处理的钛箔取出后，分别从钛箔的纳米管阵列面和基底面各引出一根银线，用银浆固定作为两极。连接后的元件示意图如图3所示，其中1为钯修饰二氧化钛纳米管阵列，2为金属钛箔，3银浆，4为银导线。
(6)引出银电极后，本发明将产物再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至350℃，保温1h后自然冷却，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的肖特基结面积优选为1mm2。
对本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器进行氢敏性能测试，实验结果表明，本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器在80℃下对100ppm氢气的响应时间小于10s，对氢气的检出限达到1ppm。
实施例2:
本实施例中钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备工艺流程如图1所示，将金属钛箔依次进行阳极氧化、热处理、紫外光诱导电沉积、热处理和银电极的引出，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，具体为：
(1)将超声清洗后的金属钛箔作为阳极，放入电解质醇溶液(具体组分：90％的乙二醇，0.25wt％的NH4Fand2vol％的去离子水)进行电化学阳极氧化，电压为50V，氧化时间为20min，氧化结束后，将样品取出并清洗。
(2)将经过阳极氧化后的样品放入管式炉中，在空气中8℃/min的速率升温至450℃，保温60min，自然冷却后取出，得到金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列。
(3)热处理后的钛箔为工作电极，以2mmol·L-1的Pd(NH3)4Cl2为溶液，在三电极体系中进行钯的紫外诱导沉积，紫外光的波长365nm，所述紫外光的强度2mW/cm2，电流密度为2mA·cm-2，时间为30s。
(4)沉积后的钛丝再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中8℃/min的速率升温至300℃，保温65min后自然冷却，得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列的形貌如图4所示。从图4可以看出，钯修饰TiO2纳米管阵列紧密排布于金属钛箔表面。
(5)经过第二次热处理的钛箔取出后，分别从钛箔的纳米管阵列面和基底面各引出一根银线，用银浆固定作为两极,银线与钛箔两个表面为线接触。连接后的元件示意图如图3所示，其中1为钯修饰二氧化钛纳米管阵列，2为金属钛箔，3银浆，4为银导线。
(6)引出银电极后，本发明将产物再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至300℃，保温90min后自然冷却，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的肖特基结面积优选为1mm2。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器对氢气的检出限达到1ppm，响应时间小于10s。
实施例3:
本实施例中钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备工艺流程如图1所示，将金属钛箔依次进行阳极氧化、热处理、紫外光诱导电沉积、热处理和银电极的引出，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，具体为：
(1)将超声清洗后的金属钛箔作为阳极，放入电解质醇溶液(具体组分：90％的乙二醇，0.25wt％的NH4Fand2vol％的去离子水)进行电化学阳极氧化，电压为45V，氧化时间为25min，氧化结束后，将样品取出并清洗。
(2)将经过阳极氧化后的样品放入管式炉中，在空气中10℃/min的速率升温至550℃，保温1h，自然冷却后取出，得到金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列。
(3)热处理后的钛箔为工作电极，以1mmol·L-1的Pd(NH3)4Cl2为溶液，在三电极体系中进行钯的紫外诱导沉积，紫外光的波长365nm，所述紫外光的强度3mW/cm2，电流密度为3mA·cm-2，时间为10s。
(4)沉积后的钛丝再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至400℃，保温55min后自然冷却，得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列的形貌如图5所示。从图5可以看出，钯修饰TiO2纳米管阵列紧密排布于金属钛箔表面。
(5)经过第二次热处理的钛箔取出后，分别从钛箔的纳米管阵列面和基底面各引出一根银线，用银浆固定作为两极。连接后的元件示意图如图3所示，其中1为钯修饰二氧化钛纳米管阵列，2为金属钛箔，3银浆，4为银导线。
(6)引出银电极后，本发明将产物再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至250℃，保温120min后自然冷却，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的肖特基结面积优选为1mm2。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器对氢气的检出限达到1ppm，响应时间小于10s。
实施例4：
本实施例中钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备工艺流程如图1所示，将金属钛箔依次进行阳极氧化、热处理、紫外光诱导电沉积、热处理和银电极的引出，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，具体为：
(1)将超声清洗后的金属钛箔作为阳极，放入电解质醇溶液(具体组分：90％的乙二醇，0.25wt％的NH4Fand2vol％的去离子水)进行电化学阳极氧化，电压为40V，氧化时间为30min，氧化结束后，将样品取出并清洗。
(2)将经过阳极氧化后的样品放入管式炉中，在空气中10℃/min的速率升温至600℃，保温60min，自然冷却后取出，得到金属钛箔表面的TiO2纳米管阵列。
(3)热处理后的钛箔为工作电极，以1mmol·L-1的Pd(NH3)4Cl2为溶液，在三电极体系中进行钯的紫外诱导沉积，紫外光的波长365nm，所述紫外光的强度0.5mW/cm2，电流密度为0.5mA·cm-2，时间为50s。
(4)沉积后的钛丝再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至450℃，保温50min后自然冷却，得到金属钛箔表面的钯修饰TiO2纳米管阵列的形貌如图6所示。从图6可以看出，钯修饰TiO2纳米管阵列紧密排布于金属钛箔表面。
(5)经过第二次热处理的钛箔取出后，分别从钛箔的纳米管阵列面和基底面各引出一根银线，用银浆固定作为两极。连接后的元件示意图如图3所示，其中1为钯修饰二氧化钛纳米管阵列，2为金属钛箔，3银浆，4为银导线。
(6)引出银电极后，本发明将产物再次放入管式炉进行热处理，在氮气气氛中10℃/min的速率升温至350℃，保温60min后自然冷却，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的肖特基结面积优选为1mm2。
本实施例制备的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器对氢气的检出限达到1ppm，响应时间小于10s。
由以上实施例可以看出，本发明提供的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器稳定性高，灵敏度好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，包括金属钛箔、垂直分布于所述金属钛箔单面的TiO2纳米管阵列、附着于所述TiO2纳米管内壁和外壁上的钯纳米颗粒以及分别电连接于金属钛箔和TiO2纳米管阵列表面的两个银电极。
2.根据权利要求1所述的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，其特征在于，所述TiO2纳米管阵列中单个TiO2纳米管的长度独立地为1～3μm，TiO2纳米管的外径独立地为100～150nm，TiO2纳米管的壁厚独立地为20～30nm。
3.根据权利要求1所述的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，其特征在于，所述钯纳米颗粒的粒径为5～20nm。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，其特征在于，按质量计，所述钯纳米颗粒在TiO2纳米管上的修饰量为0.5～2％。
5.根据权利要求1所述的钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器，其特征在于，所述金属钛箔的厚度为0.1～1mm。
6.权利要求1～5任意一项所述钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以金属钛箔为阳极，在醇溶液中进行阳极氧化，得到表面氧化钛箔；
(2)将所述步骤(1)得到的表面氧化钛箔进行退火，在金属钛箔表面形成TiO2纳米管阵列；
(3)将所述步骤(2)得到的TiO2纳米管阵列表面沉积金属钯，在金属钛箔表面形成钯纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列；
(4)在所述步骤(3)得到的钯纳米颗粒修饰的TiO2纳米管阵列和所述金属钛箔表面分别引出一个银电极，得到钯修饰二氧化钛纳米管阵列肖特基结氢敏传感器。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中阳极氧化的电压为20～60V，阳极氧化的时间为10～60min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中退火的温度为400～600℃，退火的时间为50～70min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的沉积为紫外光诱导沉积。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述紫外光诱导沉积的条件包括：紫外光的波长为254～365nm，紫外光的强度为0.5～5mW/cm2，电流密度为0.5～5mA·cm-2，紫外光诱导沉积的时间为10～60s。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109759005A (zh) * 2019-03-13 2019-05-17 郑州大学 一种快速响应Pd-TiO2纳米颗粒氢敏材料的制备方法
CN111474214A (zh) * 2020-04-29 2020-07-31 青岛菲灿新材料科技服务有限责任公司 石墨烯基高灵敏氢气传感器及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101591001A (zh) * 2009-06-29 2009-12-02 西北有色金属研究院 一种Pd掺杂TiO2纳米管阵列复合材料的制备方法
CN102543731A (zh) * 2012-02-29 2012-07-04 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种量子点接触的制备方法
CN102980915A (zh) * 2012-11-08 2013-03-20 清华大学 钯掺杂TiO2纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备方法
CN103558253A (zh) * 2013-11-11 2014-02-05 中国石油大学(华东) 基于钯/二氧化钛/二氧化硅/硅异质结的氢气探测器
CN103926285A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 武汉大学 贵金属掺杂二氧化钛纳米粉制备氢气传感器的方法
CN204287106U (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种多层膜肖特基二极管氢气传感器芯体
CN105158297A (zh) * 2015-09-24 2015-12-16 雷鸣 一种mems金属氧化物半导体气体传感器及其制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101591001A (zh) * 2009-06-29 2009-12-02 西北有色金属研究院 一种Pd掺杂TiO2纳米管阵列复合材料的制备方法
CN102543731A (zh) * 2012-02-29 2012-07-04 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种量子点接触的制备方法
CN102980915A (zh) * 2012-11-08 2013-03-20 清华大学 钯掺杂TiO2纳米管阵列肖特基结氢敏传感器的制备方法
CN103558253A (zh) * 2013-11-11 2014-02-05 中国石油大学(华东) 基于钯/二氧化钛/二氧化硅/硅异质结的氢气探测器
CN103926285A (zh) * 2014-04-17 2014-07-16 武汉大学 贵金属掺杂二氧化钛纳米粉制备氢气传感器的方法
CN204287106U (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种多层膜肖特基二极管氢气传感器芯体
CN105158297A (zh) * 2015-09-24 2015-12-16 雷鸣 一种mems金属氧化物半导体气体传感器及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕怡 等: "Pd掺杂TiO2纳米管阵列的制备及氢敏性能", 《无机化学学报》 *
杨丽霞 等: "二氧化钛纳米管阵列的制备、性能及传感应用研究", 《科学通报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109759005A (zh) * 2019-03-13 2019-05-17 郑州大学 一种快速响应Pd-TiO2纳米颗粒氢敏材料的制备方法
CN109759005B (zh) * 2019-03-13 2021-09-14 郑州大学 一种快速响应Pd-TiO2纳米颗粒氢敏材料的制备方法
CN111474214A (zh) * 2020-04-29 2020-07-31 青岛菲灿新材料科技服务有限责任公司 石墨烯基高灵敏氢气传感器及其制备方法

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