CN108872083A - 一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法 - Google Patents

一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108872083A
CN108872083A CN201810387586.XA CN201810387586A CN108872083A CN 108872083 A CN108872083 A CN 108872083A CN 201810387586 A CN201810387586 A CN 201810387586A CN 108872083 A CN108872083 A CN 108872083A
Authority
CN
China
Prior art keywords
palladium
hydrogen
presoma
film
hexafluoroacetylacetone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810387586.XA
Other languages
English (en)
Inventor
孙超
丁建军
黄鹏程
兰慧
杨飘
张明杨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jianghan University
Original Assignee
Jianghan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jianghan University filed Critical Jianghan University
Priority to CN201810387586.XA priority Critical patent/CN108872083A/zh
Publication of CN108872083A publication Critical patent/CN108872083A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G01N2021/1721—Electromodulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，包括如下步骤：首先准备六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）、福尔马林、石英玻璃基底、高纯氮和碳支持膜；在真空环境下将六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体通入反应室，六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体与石英玻璃基底表面发生化学吸附和化学反应；福尔马林作为前驱体与已经结合在基底的六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）前驱体发生化学反应。本发明能有效提高传感薄膜对氢气的响应速率，并且能够有效避免纯钯在高浓度氢气中引起的相变现象，保证检测的准确性，解决了现有光纤氢气传感器中的钯钇合金薄膜容易被空气中氧气毒化，导致薄膜起泡开裂等引起零点漂移，影响了氢气检测准确性的问题。

Description

一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法
技术领域
本发明涉及氢气检测技术领域，具体为一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法。
背景技术
氢气由于其燃烧效率高、产物无污染等优点，与太阳能、核能一起被称为三大新能源。作为一种新能源，氢气在航空、动力等领域得到广泛的应用；同时，氢气作为一种还原性气体和载气，在化工、电子、医疗、金属冶炼，特别在军事国防领域有着极为重要的应用价值。但氢气分子很小，在生产、储存、运输和使用的过程中易泄漏，由于氢气不利于呼吸，无色无味，不能被人鼻所发觉，且着火点仅为585℃，空气中含量在4%～75%范围内，遇明火即发生爆炸，故在氢气的使用中必须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。
氢气传感器可以作为检测环境中氢气浓度的传感器，出于生产生活中对安全的要求，快速、灵敏的氢气传感器是十分必要的，能够及时避免爆炸的可能性。由于多种固态氢气传感器使用的都是电信号，一个共同的弊端就是可能产生电火花，对于氢气体积分数较高的环境来说存在极大的安全隐患。而光纤传感器使用的是光信号，所以，适用于易爆炸的危险环境。
现有光纤氢气传感器中的钯钇合金薄膜容易被空气中氧气毒化，导致薄膜起泡开裂等引起零点漂移，影响了氢气检测的准确性，为此，我们提出一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，包括如下步骤：
（1）首先准备六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）、福尔马林、石英玻璃基底、高纯氮和碳支持膜；
（2）在真空环境下将六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体通入反应室，六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体与石英玻璃基底表面发生化学吸附和化学反应，惰性气体将多余的前驱体和副产物清除；
（3）在真空环境下将福尔马林作为前驱体通入反应室，福尔马林作为前驱体与已经结合在基底的六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）前驱体发生化学反应，再次用惰性气体将多余的前驱体和副产物清除出反应腔，最后在基底上沉积形成传感薄膜；
（4）向薄膜中掺入钇元素后将引起10.42%晶格膨胀，使得氢原子更自由的进出材料晶格内部；
（5）向薄膜中通入不同浓度的氢气，当氢气接触到钯时，被钯捕获并发生化学反应形成氢化钯使得原来纯钯纳米颗粒的光学性能发生改变，透射过传感薄膜的光强得到增强，通过光纤传感器测试平台测得此光强的改变并转换为电压信号。
优选的，所述步骤（1）中六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）的量为5克，福尔马林为37%甲醛的水溶液，石英玻璃基底的尺寸为10mm*10mm，数量为10片。
优选的，所述步骤（2）中的惰性气体采用氩气和氮气中的一种。
优选的，所述步骤（3）中的惰性气体采用氩气和氮气中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能有效提高传感薄膜对氢气的响应速率，并且能够有效避免纯钯在高浓度氢气中引起的相变现象，钯颗粒对各个浓度氢气的响应时间普遍要快，这是由于钯此时处于颗粒状具有较大的比表面积，能更多的接触到氢气，被捕获到的氢分子分解成氢原子进去钯内部，从氢气的响应速率可以发现钯纳米颗粒的结构具有很大的优势，钯颗粒速率已经比钯钇合金要快，并且也能抑制纯钯在吸氢后产生的零点偏移问题，保证检测的准确性，解决了现有光纤氢气传感器中的钯钇合金薄膜容易被空气中氧气毒化，导致薄膜起泡开裂等引起零点漂移，影响了氢气检测准确性的问题。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，包括如下步骤：
（1）首先准备六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）、福尔马林、石英玻璃基底、高纯氮和碳支持膜；
（2）在真空环境下将六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体通入反应室，六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体与石英玻璃基底表面发生化学吸附和化学反应，惰性气体将多余的前驱体和副产物清除；
（3）在真空环境下将福尔马林作为前驱体通入反应室，福尔马林作为前驱体与已经结合在基底的六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）前驱体发生化学反应，再次用惰性气体将多余的前驱体和副产物清除出反应腔，最后在基底上沉积形成传感薄膜；
（4）向薄膜中掺入钇元素后将引起10.42%晶格膨胀，使得氢原子更自由的进出材料晶格内部；
（5）向薄膜中通入不同浓度的氢气，当氢气接触到钯时，被钯捕获并发生化学反应形成氢化钯使得原来纯钯纳米颗粒的光学性能发生改变，透射过传感薄膜的光强得到增强，通过光纤传感器测试平台测得此光强的改变并转换为电压信号。
薄膜上的钯颗粒是通过一层层原子铺在基底上，形成晶核然后生长成颗粒，其与基底有着非常好的结合力，另外，钯颗粒的尺寸非常小，氢气被钯捕获以后分解成氢原子并从颗粒球的表面向球心扩散，到达基底时会部分增强分界面的缺陷和空隙，但是并不会对钯颗粒的光学性能造成非常强的影响，更不会像薄膜那样形成氢气的腔室。
当氢气接触到钯时，被钯捕获并发生化学反应形成氢化钯使得原来纯钯纳米颗粒的光学性能发生改变，透射过传感薄膜的光强得到增强，通过光纤传感器测试平台测得此光强的改变并转换为电压信号，氢气接触钯的初始，由于外界氢分压较大，氢原子进入钯的速率较快，响应曲线较陡，随着钯内部的氢原子浓度不断上升（选取响应幅值的90%为氢气响应的饱和点），响应速率开始下降，趋于平缓最终达到动态平衡，钯的氢气响应过程完毕，在通入空气的恢复过程中，钯内部的氢原子浓度高于外部，氢原子开始离开钯晶格，纳米颗粒的光学性能发生变化，同响应过程类似，刚开始速率非常迅速，然后趋于平缓，最后当氢气完全离开时回到初始状态，零点漂移的现象基本不存在，得到了有效抑制，但是零点处有些许抖动，是在接受范围之内的，到达饱和时在响应曲线最大幅值处出现些许漂移，是由于氢气与钯形成的钯氢系统处于动态平衡，氢气与空气交换使信号产生了少许漂移，并不影响氢气的测量和标定。
本发明能有效提高传感薄膜对氢气的响应速率，并且能够有效避免纯钯在高浓度氢气中引起的相变现象，钯颗粒对各个浓度氢气的响应时间普遍要快，这是由于钯此时处于颗粒状具有较大的比表面积，能更多的接触到氢气，被捕获到的氢分子分解成氢原子进去钯内部，从氢气的响应速率可以发现钯纳米颗粒的结构具有很大的优势，钯颗粒速率已经比钯钇合金要快，并且也能抑制纯钯在吸氢后产生的零点偏移问题，保证检测的准确性，解决了现有光纤氢气传感器中的钯钇合金薄膜容易被空气中氧气毒化，导致薄膜起泡开裂等引起零点漂移，影响了氢气检测准确性的问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）首先准备六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）、福尔马林、石英玻璃基底、高纯氮和碳支持膜；
（2）在真空环境下将六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体通入反应室，六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）作为前驱体与石英玻璃基底表面发生化学吸附和化学反应，惰性气体将多余的前驱体和副产物清除；
（3）在真空环境下将福尔马林作为前驱体通入反应室，福尔马林作为前驱体与已经结合在基底的六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）前驱体发生化学反应，再次用惰性气体将多余的前驱体和副产物清除出反应腔，最后在基底上沉积形成传感薄膜；
（4）向薄膜中掺入钇元素后将引起10.42%晶格膨胀，使得氢原子更自由的进出材料晶格内部；
（5）向薄膜中通入不同浓度的氢气，当氢气接触到钯时，被钯捕获并发生化学反应形成氢化钯使得原来纯钯纳米颗粒的光学性能发生改变，透射过传感薄膜的光强得到增强，通过光纤传感器测试平台测得此光强的改变并转换为电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，其特征在于：所述步骤（1）中六氟乙酰丙酮钯（Ⅱ）的量为5克，福尔马林为37%甲醛的水溶液，石英玻璃基底的尺寸为10mm*10mm，数量为10片。
3.根据权利要求1所述的一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的惰性气体采用氩气和氮气中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法，其特征在于：所述步骤（3）中的惰性气体采用氩气和氮气中的一种。
CN201810387586.XA 2018-04-26 2018-04-26 一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法 Pending CN108872083A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810387586.XA CN108872083A (zh) 2018-04-26 2018-04-26 一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810387586.XA CN108872083A (zh) 2018-04-26 2018-04-26 一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108872083A true CN108872083A (zh) 2018-11-23

Family

ID=64327297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810387586.XA Pending CN108872083A (zh) 2018-04-26 2018-04-26 一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108872083A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112083046A (zh) * 2020-07-30 2020-12-15 中国电力科学研究院有限公司 一种对氢气监测装置进行检测的平台及方法
CN113406147A (zh) * 2021-05-08 2021-09-17 中北大学 一种氢气敏感元件及制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104316461A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 武汉理工大学 多层纳米颗粒膜增敏的光纤氢气传感器
CN107024507A (zh) * 2017-04-18 2017-08-08 电子科技大学 一种氧化钛和钯多孔复合薄膜氢气传感器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104316461A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 武汉理工大学 多层纳米颗粒膜增敏的光纤氢气传感器
CN107024507A (zh) * 2017-04-18 2017-08-08 电子科技大学 一种氧化钛和钯多孔复合薄膜氢气传感器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.W. ELAM等: "Atomic layer deposition of palladium on Al2O3 surfaces", 《THIN SOLID FILMS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112083046A (zh) * 2020-07-30 2020-12-15 中国电力科学研究院有限公司 一种对氢气监测装置进行检测的平台及方法
CN113406147A (zh) * 2021-05-08 2021-09-17 中北大学 一种氢气敏感元件及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106596418B (zh) 石墨烯光子晶体光纤气体传感器的制作方法、气体传感器及硫化氢气体浓度检测方法
CN108872083A (zh) 一种钯纳米颗粒离散薄膜检测氢气的方法
US20210148867A1 (en) Method for detecting selenoamino acid in selenoprotein
WO2021012297A1 (zh) 一种基于带刺空心碳微球超灵敏度压力传感薄膜及其制备方法
CN109900680A (zh) 用于稀土元素测试的前处理方法及装置、以及稀土元素的检测方法
MY155608A (en) Powder, method for producing same, and resin composition containing same
CN109540970A (zh) 一种基于新型ZnO纳米柱/SnO2薄膜探测器以及制备方法
CN111044670A (zh) 铵型及铵型混合粉末离子交换树脂的阳离子交换容量测试方法
CN108872314A (zh) 一种压电型氢气传感器及其制备方法和应用
CN109187507A (zh) 一种用于检测双酚a的电致化学发光传感器及其制备方法和应用
Matsuda DOUBLE LAYER STRUCTURE AND RELAXATION METHODS FOR FAST ELECTRODE PROCESSES. II. FARADAIC IMPEDANCE MEASUREMENTS
CN108642471A (zh) 一种钯纳米颗粒薄膜的制备工艺及其氢气传感器
CN110108397B (zh) 一种可抗高电压的薄膜压力传感器及其制备方法
CN107064283A (zh) 高含烃废气中总烃浓度监测装置及方法
Datar et al. Surface modification of polymers by atomic oxygen using ECR plasma
CN205091261U (zh) 一种复合传感器
CN105115928A (zh) 一种复合传感器
CN104746018B (zh) 腔室压力读取方法及设备
CN110231427A (zh) 一种掺杂氧化锆固体燃料电池的色谱检测传感器
CN209387570U (zh) 一种基于新型ZnO纳米柱/SnO2薄膜探测器
Turner et al. Single-step method for hydrogen isotope ratio measurement of water in porous media
CN210269703U (zh) 一种用于控制气氛中极低氧含量并测量其氧分压的装置
CN205826540U (zh) 一种真空自吸式食品安全快速检测装置
CN109270127A (zh) 一种平面半导体气体传感器芯片及其制备方法
CN107907583B (zh) 一种对CdTeQDs及其降解或代谢产物同时定量检测的方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181123

RJ01 Rejection of invention patent application after publication