CN108318510A - 一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法 - Google Patents

一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法；所述复合材料结构为类核壳复合结构，其中，铂原子均匀分布在二氧化锡的表面，形成纳米颗粒团簇作为内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。本发明针对现有技术中传感器存在灵敏度低、工作温度高、生产成本高、制备工艺复杂等问题，提供了一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法，本发明制备的甲醇传感器能够在110℃温度下实现高灵敏探测，能够快速响应，同时具备很高的稳定性；另外，本发明制备方法简单、可控、生产成本低，易于实现大规模生产，极具应用前景。

Description

一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏 传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及气体传感器技术领域，具体的，涉及一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法。
背景技术
人类的日常生活和生产与周围的环境密切相关，周围环境中有害气体的存在将产生极大的影响，如果气体存在有毒性气体，将带来严重危害甚至死亡。甲醇是一种煤经气化和天热气经蒸汽重整大规模合成的简单化学品，是重要的化工基础产品和有机化工原料。另外，在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次与乙烯、丙烯、苯，居第四位，是性能优良的能源和车用燃料，将甲醇按照一定比例加入汽油中可以提高辛烷值和含氧量，使燃烧更为充分，有效降低发动机尾气排放污染物。还可应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、甲胺等多种有机产品，同时也是农药、医药的重要原料之一。
甲醇是一种具有较强毒性、无色酒精气味的物质，对人体的神经系统和血液系统会造成损伤。接触甲醇超过一定浓度和时间，将出现头疼、恶心、胃疼、疲倦、视力模糊甚至失明，最终可能危及生命。近年来，由甲醇引发的安全事故很多，均造成极大的生命、财产损失，因此对环境中甲醇浓度进行实时检测，保护人员、生产安全具有重要意义。
甲醇气体的检测方法主要有化学检测法和仪器检测法。化学检测法操作简单，但存在灵敏度不高、重复性差等缺点。化学仪器检测主要是利用其核心部件：气敏传感器进行检测，具有灵敏度高、可重复使用、自动化等优势，被广泛应用到工业生产及环境检测中。气敏传感器根据不同的工作原理主要包括：半导体气敏传感、接触燃烧式、电化学、红外线检测、声表面波等，其中半导体气敏传感器具有灵敏度高、稳定性能好等优势应用最为广泛。其中，传统的金属氧化物制作的气敏传感器市场占有率最大，稳定性较高，成本较低，但同时工作温度较高(>200℃)，极大的增加其附属检测单元的抗高温设计复杂程度，并存在能耗较高的缺点，同时增加其在恶劣环境中应用的风险，因此急需开发能够较低温度下工作的甲醇气敏传感器制备技术。
自2004年二维石墨烯被发现以来，因其优异的物理、化学性能，成为制备气敏传感器的优选材料。而其中人们发现石墨烯衍生物如还原氧化石墨烯(RGO)与传统的金属氧化物复合可以有效的改善传感器的气敏特性，可以有效降低工作温度，成为研究的热点方向。
现有技术公开了多种甲醇传感器的制备方法。例如，专利申请CN105651835 A公开了一种甲醇气敏传感器制备方法，气敏材料采用氧化石墨烯掺杂Sn(bipyO2)2Cl2材料组成，但其合成材料要求过高，需要特殊制备，且响应灵敏度过低(500ppm下为2)。
专利申请CN105699439 A公开了一种基于氮化碳负载金属及金属氧化物复合材料的甲醇气体传感器的制备方法。该方法主要是在氮化碳上原位复合钴掺杂的氧化钼/二氧化钛纳米片，利用该材料大的比表面积、介孔高气体吸附特性和电子传递受材料表面气体变化而影响敏感的诸多特性，实现对甲醇的检测。但该方法存在前驱体材料价格较高、制备条件要求较高等问题，难以实现低成本、高性能甲醇气体传感器制备。
专利申请CN104897727 A公开了一种高灵敏多气体检测的气敏传感器，主要是以纳米氧化镍为气敏材料，通过三电极体系在ITO玻璃上电化学沉积镍原子层，然后通过简单的退火处理、冷却、超声等处理，得到玫瑰花状形貌的纳米氧化镍，后制作气敏传感器，350℃下，在5ppm甲醇浓度下响应值达到7。但仍存在工作温度过高，灵敏度不高的问题。
专利申请CN104034758 A公开了一种混杂石墨烯膜、贵金属粒子和金属氧化物材料的集成氢气传感器及其制备方法，传感器包括基片、加热电极、导热绝缘层、检测电极，加热电极位于基片上，导热绝缘层在加热电极与检测电极之间，还包括沉积在检测电极上的金属氧化物薄膜，金属氧化物薄膜表面上沉积的贵金属粒子，石墨烯膜覆盖在沉积有贵金属粒子的金属氧化物薄膜上。但这种传感器存在低温工作时检测灵敏度差的问题。
综上，现有技术中的甲醇传感器存在灵敏度低、且工作温度高、生产成本高等问题，因此，开发一种工艺步骤简单，可重复、灵敏度高、且可在较低温度下工作的甲醇传感器极具应用前景及市场价值；因此，有必要开发一种新的气体传感器。
发明内容
针对现有技术中传感器存在灵敏度低、工作温度高、生产成本高、制备工艺复杂等问题，本发明旨在提供一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡(Pt/SnO2)纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法，本发明制备的甲醇传感器能够在110℃温度下实现高灵敏探测，能够快速响应，同时具备很高的稳定性；另外，本发明制备方法简单、可控、生产成本低，易于实现大规模生产，极具应用前景。
本发明的目的之一是提供一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
本发明的目的之二是提供一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法。
本发明的目的之三是提供一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法。
本发明的目的之四是提供上述还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇及其制备方法，以及该纳米颗粒团簇制备的传感器的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种用于制备气敏传感器的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇；所述纳米颗粒团簇为类核壳复合结构，其中，铂原子均匀分布在二氧化锡的表面，形成纳米颗粒团簇作为内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。
其次，本发明公开了一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法；具体的，所述制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的水溶性锡化物溶入溶剂中，搅拌，获得均匀透明溶液，然后将一定量的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液。
2)将氧化石墨烯粉末加入的去离子水中，超声分散后用氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液。选用氢碘酸的原因是：氢碘酸保证将部分氧化石墨烯还原，通过控制反应的时间来控制还原程度，后续将通过真空烘箱将样品烘干，增加与基底的结合，通过还原氧化石墨烯可大大增加器件对甲醇的响应特性，并与Pt/SnO2纳米颗粒团簇共同作用，增加器件的灵敏度。
3)配置前驱体溶液：取一定量的氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，然后加入碱性物质，将溶液PH值调节至碱性，获得乳白色前驱体溶液。
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中进行水热合成反应。水热合成反应会将充分还原氧化石墨烯，最后氧化石墨烯被完全还原获得还原氧化石墨烯。
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗各步骤，获得胶状产物。
6)将步骤5)中的胶状产物通过两步烘干法烘干，然后进行退火，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
步骤1)中，所述水溶性锡化物包括：SnCl4·5H2O、SnCl2·2H2O，SnCl4，二甲基二氯化锡等。
步骤1)中，所述溶剂和二甲基甲酰胺的体积比为10:1-30:1。溶剂和二甲基甲酰胺的加入比例将影响最终产物的晶粒大小。在此比例范围内可将制备材料的晶粒大小控制在10-50纳米之间，获得高比表面积，有利于提升气敏器件性能。
优选的，所述溶剂和二甲基甲酰胺的体积比为20:1。该优选比例充分考虑到水溶性锡化物需要满足后期实验的可操作性，并将此优选比例与最终产物粒径的大小建立关联，以获得可复制的工艺。通过控制二甲基甲酰胺的加入体积，抑制材料合成过程中的团聚，以达到提高材料比面积的效果。
步骤1)中，所述溶剂为甲醇溶液；甲醇和二甲基甲酰胺物质的加入有利于降低后续前驱体物质的团聚，减小材料的粒径。
步骤1)中，所述搅拌时间为30-120min。
步骤2)中，所述还原氧化石墨烯溶液的浓度为1-5mg/mL。
步骤3)中，所述碱性物质包括：NaOH、KOH、氨水等。
步骤3)中，所述溶液的PH值为8-9。
步骤3)中，所述氯铂酸溶液的加入量以控制Pt：Sn原子比为3：100为准。
步骤4)中，所述还原氧化石墨烯溶液、前驱体溶液的质量百分比为1：50。
步骤4)中，所述水热合成反应的温度为180-250℃，反应时间为12-24h。该反应温度和时间范围能够保证获得产物SnO2，并将氧化石墨烯完全还原。
优选的，所述水热合成反应的温度为180℃，时间为16h。该反应温度和时间将有助于控制反应产物的形貌。
步骤5)中，所述离心分离的参数为：转速5000-8000r/min，时间10-20min。
优选的，所述离心分离的参数为：转速6500r/min，时间20min。
优选的，步骤5)中，重复冲洗、离心、冲洗步骤各5次。
步骤6)中，所述两步烘干条件为：真空干燥，先在60℃烘1-2h，然后在120℃烘1-3h。
步骤6)中，所述退火条件为500-600℃氮气氛围下保温1-3h。
再次，本发明公开了一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法；具体的，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将上述步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，得到涂覆有胶状薄膜的陶瓷衬底；然后对其进行两步烘干法烘干，最后进行退火。
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
步骤(1)中，所述旋涂工艺的参数为：低速600-800r/min、高速3000-5000r/min；时间分别为30-40s、40-60s。
优选的，旋涂工艺的参数为：低速650r/min，高速4000r/min；时间分别为30s、60s。
步骤(1)中，所述胶状薄膜的厚度为1.5-3.0um，薄膜的厚度保持在该厚度范围内可以有效降低表面裂纹的产生，并大幅度提高器件的敏感性能。
步骤(1)中，所述两步烘干条件为：真空干燥，先在60℃烘1-2h，然后在120℃烘1-3h。
步骤(1)中，所述退火条件为：500-600℃氮气氛围下保温1-3h。
步骤(2)中，所述Au电极的厚度为200-350nm。
优选的，所述Au电极的厚度为300nm。
最后，本发明公开了上述还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇及其制备方法，以及该纳米颗粒团簇制备的传感器的应用，所述应用包括用于甲醇气体检测、环境检测、生产安全检测、防灾领域中。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明利用简单化学合成方式，制备出还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇，发挥Pt金属掺杂的溢出效应，降低了该复合材料的晶界势垒，制作出高灵敏度甲醇传感器。
(2)本发明中通过氢碘酸溶液将氧化石墨烯部分还原，然后结合水热和氮气氛围提高还原程度，获得还原氧化石墨烯，提高该复合结构的比表面积、电荷转移的速度，改善基于此结构的灵敏度，实现优化工作温度110℃下高灵敏度敏感，可控性高，极具工业化前景。
(3)本发明的制备方法可控、化学合成比例可控，借助合理的原料和特殊形貌设计，通过构建异质结及金属溢出效应，获得高灵敏度、低工作温度的敏感器件，制备工艺可重复，具有较大的产业化应用价值。
(4)本发明技术还可扩展形成气敏传感器阵列，其工艺操作简单、可控。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的甲醇传感器的器件制作流程图。
图2为本发明制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的结构示意图。
图3为本发明实施例1中制备的GO、纯二氧化锡和还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的X射线衍射图。
图4为本发明实施例1中还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的SEM及EDS图；其中，图4(a)为SEM图，插图为高分辨SEM图；图4(b)为EDS图。
图5为本发明实施例1中制备的甲醇传感器的电阻变化响应图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是：本发明及其实施例所述的氧化石墨烯均通过改进型Hummers法制备。
正如背景技术所述，现有的传感器存在灵敏度低、工作温度高、生产成本高、制备工艺复杂等问题，因此，本发明提供了一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法，现结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1：
1、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法；包括以下步骤：
1)取100mL的SnCl4·5H2O溶入甲醇溶液中，搅拌60min，获得均匀透明溶液，然后将5mL的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液。
2)将5g氧化石墨烯粉末加入120mL去离子水中，超声分散后用浓度为5mg/mL的氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液。
3)配置前驱体溶液：将氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，使Pt：Sn原子比控制在3：100；然后加入NaOH，将溶液PH值调节至8，获得乳白色前驱体溶液。
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合(质量百分比为1：50)后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中，在200℃下水热合成16h。
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，转速控制在6000r/min，时间为10min，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗5次，获得胶状产物。
6)将步骤5)中的胶状产物先在60℃烘2h，然后在120℃烘2h，最后550℃的氮气氛围下退火2h，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
2、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，旋涂工艺的参数为：低速650r/min，高速4000r/min；时间分别为30s、60s，得到涂覆有2mm厚度的胶状薄膜的陶瓷衬底；然后将涂有胶状薄膜的陶瓷衬底先在60℃烘2h，然后在120℃烘2h，最后550℃的氮气氛围下退火2h。
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，其中，Au电极的厚度为300nm，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
本实施例制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇为类核壳复合结构；其中，Pt原子均匀分布在SnO2的表面，形成内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面，其结构示意图如图2所示。
对本实施例中得到的用于制备气敏传感器的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇进行XRD、SEM、EDS测试，结果分别如图3、4所示。从图3中可以看出通过简单的水热法合成了RGO/Pt/SnO2复合材料，GO和Pt元素的掺入并没有改变二氧化锡金红石结构。Pt元素的掺入以Pt金属单质和PtO2的形式存在。经计算晶粒大小尺寸在10nm左右。通过图4所示，可以看出RGO包裹颗粒的存在，颗粒大小分布均匀，呈现GO薄膜为壳，Pt/SnO2颗粒为核的结构，该结构可以有效提高甲醇的气敏性能，并降低气敏工作温度。
在工作温度为110℃、甲醇浓度10ppm-500ppm的条件下，对本实施例制备的气敏传感器利用气敏测试系统对器件进行实时检测，结果如图5所示。从图5中可以看出：在40ppm浓度下，对甲醇的气敏响应时间和恢复时间分别为6s和21s，灵敏度高达60。相较于同类传感器该器件性能响应速度快，检测准确，可以有效降低能耗，扩展应用领域，另外通过对比其它挥发类的气体响应发现，这种敏感材料的结构设计具有对甲醇很好的选择性。
实施例2：
1、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法；包括以下步骤：
1)取100mL的SnCl2·2H2O溶入甲醇溶液中，搅拌30min，获得均匀透明溶液，然后将10mL的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液。
2)将5g氧化石墨烯粉末加入120mL去离子水中，超声分散后用浓度为1mg/mL的氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液。
3)配置前驱体溶液：将氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，使Pt：Sn原子比控制在3：100；然后加入KOH，将溶液PH值调节至8.5，获得乳白色前驱体溶液。
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合(质量百分比为1：50)后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中，在180℃下水热合成16h。
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，转速控制在6500r/min，时间为20min，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗5次，获得胶状产物。
6)将步骤5)中的胶状产物先在60℃烘1h，然后在120℃烘1h，最后500℃的氮气氛围下退火3h，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
2、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，旋涂工艺的参数为：低速600r/min，高速3000r/min；时间分别为40s、40s，得到涂覆有3mm厚度的胶状薄膜的陶瓷衬底；然后将涂有胶状薄膜的陶瓷衬底先在60℃烘1h，然后在120℃烘1h，最后500℃的氮气氛围下退火3h。
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，其中，Au电极的厚度为200nm，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
本实施例制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇为类核壳复合结构；其中，Pt原子均匀分布在SnO2的表面，形成内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。
实施例3：
1、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法；包括以下步骤：
1)取120mL的SnCl4溶入甲醇溶液中，搅拌120min，获得均匀透明溶液，然后将4mL的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液。
2)将5g氧化石墨烯粉末加入120mL去离子水中，超声分散后用浓度为3mg/mL的氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液。
3)配置前驱体溶液：将氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，使Pt：Sn原子比控制在3：100；然后加入氨水，将溶液PH值调节至9，获得乳白色前驱体溶液。
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合(质量百分比为1：50)后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中，在250℃下水热合成12h。
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，转速控制在5000r/min，时间为20min，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗5次，获得胶状产物。
6)将步骤5)中的胶状产物先在60℃烘1.5h，然后在120℃烘1.5h，最后600℃的氮气氛围下退火1h，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
2、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，旋涂工艺的参数为：低速800r/min，高速5000r/min；时间分别为35s、50s，得到涂覆有1.5mm厚度的胶状薄膜的陶瓷衬底；然后将涂有胶状薄膜的陶瓷衬底先在60℃烘1.5h，然后在120℃烘1.5h，最后600℃的氮气氛围下退火1h。
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，其中，Au电极的厚度为350nm，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
本实施例制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇为类核壳复合结构；其中，Pt原子均匀分布在SnO2的表面，形成内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。
实施例4：
1、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法；包括以下步骤：
1)取150mL的二甲基二氯化锡溶入甲醇溶液中，搅拌80min，获得均匀透明溶液，然后将10mL的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液。
2)将5g氧化石墨烯粉末加入120mL去离子水中，超声分散后用浓度为4mg/mL的氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液。
3)配置前驱体溶液：将氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，使Pt：Sn原子比控制在3：100；然后加入氨水，将溶液PH值调节至9，获得乳白色前驱体溶液。
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合(质量百分比为1：50)后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中，在250℃下水热合成24h。
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，转速控制在8000r/min，时间为10min，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗5次，获得胶状产物。
6)将步骤5)中的胶状产物先在60℃烘1.5h，然后在120℃烘1.5h，最后580℃的氮气氛围下退火1.5h，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
2、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，旋涂工艺的参数为：低速700r/min，高速4500r/min；时间分别为40s、55s，得到涂覆有2mm厚度的胶状薄膜的陶瓷衬底；然后将涂有胶状薄膜的陶瓷衬底先在60℃烘1.5h，然后在120℃烘1.5h，最后580℃的氮气氛围下退火1.5h。
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，其中，Au电极的厚度为250nm，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
本实施例制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇团簇为类核壳复合结构；其中，Pt原子均匀分布在SnO2的表面，聚集成为颗粒团簇作为内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。
实施例5：
1、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇团簇的制备方法；包括以下步骤：
1)取100mL的SnCl4·5H2O溶入甲醇溶液中，搅拌100min，获得均匀透明溶液，然后将4mL的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液。
2)将5g氧化石墨烯粉末加入120mL去离子水中，超声分散后用浓度为2mg/mL的氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液。
3)配置前驱体溶液：将氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，使Pt：Sn原子比控制在3：100；然后加入NaOH，将溶液PH值调节至8，获得乳白色前驱体溶液。
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合(质量百分比为1：50)后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中，在230℃下水热合成18h。
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，转速控制在7500r/min，时间为12min，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗5次，获得胶状产物。
6)将步骤5)中的胶状产物先在60℃烘1.5h，然后在120℃烘1.5h，最后580℃的氮气氛围下退火1.5h，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
2、一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，旋涂工艺的参数为：低速700r/min，高速4500r/min；时间分别为40s、55s，得到涂覆有2mm厚度的胶状薄膜的陶瓷衬底；然后将涂有胶状薄膜的陶瓷衬底先在60℃烘1.5h，然后在120℃烘1.5h，最后580℃的氮气氛围下退火1.5h。
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，其中，Au电极的厚度为250nm，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
本实施例制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇为类核壳复合结构；其中，Pt原子均匀分布在SnO2的表面，形成内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇；其特征在于：所述纳米颗粒团簇为类核壳复合结构，其中，铂原子均匀分布在二氧化锡的表面，形成内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。
2.一种如权利要求1所述的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法；其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的水溶性锡化物溶入溶剂中，搅拌，获得均匀透明溶液，然后将一定量的二甲基甲酰胺与上述透明溶液混合，得到混合液；
2)将氧化石墨烯粉末加入的去离子水中，超声分散后用氢碘酸溶液进行还原处理，得到还原氧化石墨烯溶液；
3)配置前驱体溶液：取一定量的氯铂酸溶液加入在步骤1)的混合液中，然后加入碱性物质，将溶液PH值调节至碱性，获得乳白色前驱体溶液；
4)将步骤2)中的还原氧化石墨烯溶液与步骤3)中的前驱体溶液混合后，加入内衬为聚四氟乙烯的容器中进行水热合成反应；
5)对步骤4)中水热合成反应完毕放入溶液进行离心分离，分离后用乙醇和去离子水，分别重复冲洗、离心、冲洗步骤，获得胶状产物；
6)将步骤5)中的胶状产物通过两步烘干法烘干，然后进行退火，即得用于制备气敏传感器的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇。
3.如权利要求2所述的制备方法；其特征在于：步骤1)中，所述水溶性锡化物包括：SnCl4·5H2O、SnCl2·2H2O、SnCl4，二甲基二氯化锡；
优选的，所述溶剂和二甲基甲酰胺的体积比为10:1-30:1，优选的，所述溶剂和二甲基甲酰胺的体积比为20:1；
优选的，所述溶剂为甲醇溶液；
优选的，所述搅拌时间为30-120min。
4.如权利要求3所述的制备方法；其特征在于：步骤2)中，所述还原氧化石墨烯溶液的浓度为1-5mg/mL；
所述碱性物质包括：NaOH、KOH、氨水；
所述溶液的PH值为8-9；
优选的，所述氯铂酸溶液的加入量将Pt：Sn原子比控制在3：100。
5.如权利要求2-4任一项所述的制备方法；其特征在于：步骤4)中，所述水热合成反应的温度为180-250℃，反应时间为12-24h；优选的，所述水热合成反应的温度为180℃，时间为16h；优选的，所述还原氧化石墨烯溶液、前驱体溶液的质量百分比为1：50。
6.如权利要求5所述的制备方法；其特征在于：步骤5)中，所述离心分离的参数为：转速5000-8000r/min，时间10-20min；
优选的，所述离心分离的参数为：转速6500r/min，时间20min；
优选的，重复冲洗、离心、冲洗步骤各5次。
7.如权利要求5所述的制备方法；其特征在于：步骤6)中，所述两步烘干条件为：真空干燥，先在60℃烘1-2h，然后在120℃烘1-3h；
所述退火条件为500-600℃氮气氛围下保温1-3h。
8.利用权利要求2-7任一项方法制备的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇制备气敏传感器的方法；其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)将权利要求2-7任一项所述的步骤5)中的胶状产物利用旋涂工艺旋涂至陶瓷衬底上，得到涂覆有胶状薄膜的陶瓷衬底；然后对其进行两步烘干法烘干，最后进行退火；
(2)利用标准的光刻工艺、金属沉积技术将Au电极沉积在步骤(1)中退火后的陶瓷衬底上，形成气敏器件单元与阵列的制备，即得还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器。
9.如权利要求8所述的方法；其特征在于：所述旋涂工艺的参数为：低速600-800r/min、高速3000-5000r/min；时间分别为30-40s、40-60s；优选的，旋涂工艺的参数为：低速650r/min，高速4000r/min；时间分别为30s、60s；
所述胶状薄膜的厚度为1.5-3.0um；
所述两步烘干条件为：真空干燥，先在60℃烘1-2h，然后在120℃烘1-3h；
所述退火条件为：500-600℃氮气氛围下保温1-3h；
所述Au电极的厚度为200-350nm；优选的，所述Au电极的厚度为300nm。
10.如权利要求1所述的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇、如权利要求2-7任一项所述的还原氧化石墨烯包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇的制备方法、如权利要求8-9任一项所述的制备气敏传感器的方法在甲醇气体检测、环境检测、生产安全检测、防灾领域中的应用。
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