CN108872208B - 一种氨的催化发光传感材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氨的催化发光传感材料，其特征是由金原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料，其中各组分的质量分数为1.5‑2.5 Au、26‑33％MoO3、36‑42％NiO和27‑30％Y2O3。其制备方法是：将氯金酸晶体溶于95℃的柠檬酸水溶液中，搅拌至溶液由明黄色转为深紫色，然后将镍盐的盐酸水溶液和钇盐的苹果酸水溶液滴加到其中，加入琼脂粉并溶解至澄清，再将钼酸铵晶体加入此溶液并完全溶解，冷却形成凝胶，将此凝胶烘干、分段煅烧后，自然冷却即得到氨的催化发光传感材料。使用本发明所提供的传感材料制作的气体传感器，可以在现场快速测定空气中的微量氨而不受其它常见共存物的干扰。

Description

一种氨的催化发光传感材料
技术领域
本发明涉及一种氨的催化发光传感材料，特别是金原子掺杂的由MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料，属于传感技术领域。
背景技术
氨气(NH3)是一种碱性、无色、具有强烈刺激性气味的气体，空气中的氨气因易溶于水而常被吸附在人体皮肤粘膜、眼结膜及呼吸道咽喉粘膜上。当空气中氨气浓度为0.5mg/m3时可使人感觉到刺激性气味；当空气中氨气浓度超过80mg/m3时，短时间内即可使人出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难，并伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重的还会发生肺水肿和呼吸道病变。人们长期生活在低浓度的氨气环境中，可逐渐麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病源微生物易于侵入，减弱身体对疾病的抵抗力。
近年来，由于室内装修和各类现代化生活用品的使用使室内空气污染日趋严重。室内空气的污染物主要有：氨气、甲醛和氡气，其中氨气的超标率较高，位居污染的首位。国家有关部门抽查了北京某新建的高档写字楼和家庭住宅小区，对其室内空气质量进行检测，发现室内空气中氨超标率达到了80.56％。建设部和环保部门对室内装饰材料抽查，结果不合格率达到68％。氨气污染严重威胁着人类健康。
氨气的常规检测手段主要有：分光光度法、气相色谱法、液相色谱法和电化学法等。由于这些方法都需要预先富集和适当处理才能通过分析仪器完成测定，因此耗时长不易现场实现。氨气的现场测定方法主要有检测管比色法，这种方法稳定性和灵敏度都不足，无法完成微量氨气的准确测定。2002年，饶志明等在化学学报上发表了题为“利用Cr2O3-LaCoO3-Pt纳米材料催化发光测定大气中的氨分子”的研究论文，他们发现Cr2O3-LaCoO3-Pt复合材料对氨有很高的催化发光活性；但是，此敏感材料的使用温度为440℃，利用这种敏感材料进行小型化设计时，较高使用温度的稳定控制成了难题，而高温波动引起的较强热辐射背景信号噪音(尤其是长波长区)严重影响了传感器的灵敏度。发明人于2010年获得授权的发明专利“氨的纳米复合氧化物敏感材料”公开了一种由WO3、Cr2O3和TiO2组成的纳米复合氧化物敏感材料，此敏感材料的使用温度是320℃，其检测限和线性范围都能满足常规监测要求，但是敏感材料的使用温度仍然太高。
发明内容
本发明的目的是克服以往技术的不足，提供一种在较低温度下对氨有较高催化发光活性和选择性的敏感材料。用这种敏感材料制作的气体传感器，可以在现场更灵敏地测定空气中的微量氨而不受共存物的干扰。
本发明所述的敏感材料是由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料，其制备方法如下：将氯金酸晶体溶于质量分数为15-20％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为紫红色，形成溶液A；将镍盐溶于质量分数为10-15％的盐酸水溶液中形成溶液B，将钇盐溶于质量分数为15-20％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C缓慢滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至200-220℃，保持此温度4-5小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至380-400℃，保持此温度2-3小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料。
其中，镍盐是氯化镍、溴化镍、硫酸镍和硝酸镍的无水物或水合物的一种或几种的混合物，钇盐是醋酸钇、草酸钇、硝酸钇、硫酸钇、磷酸钇和氯化钇的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
制得的复合粉体材料各组分质量分数满足Au(1.5-2.5)、MoO3(26-33％)、NiO(36-42％)和Y2O3(27-30％)且粒径为10-40纳米时，可用于作为空气中氨的催化发光传感材料，其在200℃以下就有很高的催化发光活性。
具体实施方式
实施例1
将氯金酸晶体溶于质量分数为15％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为紫红色，形成溶液A；将六水氯化镍溶于质量分数为12％的盐酸水溶液中形成溶液B，将四水醋酸钇溶于质量分数为19％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C缓慢滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至210℃，保持此温度4小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至390℃，保持此温度2小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料。
分析：对复合粉体材料进行成分分析，测得质量百分数为1.7％Au、26.8％MoO3、41.6％NiO、和29.9％Y2O3；透射电子显微镜测得平均粒径约23nm。
应用：以此粉体材料作为检测空气中氨的催化发光传感材料，工作温度为167℃，线性范围为1.1-57mg/m3，检出限为甲醛0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例2
将氯金酸晶体溶于质量分数为17％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为紫红色，形成溶液A；将三水溴化镍溶于质量分数为14％的盐酸水溶液中形成溶液B，将九水草酸钇溶于质量分数为16％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C缓慢滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至205℃，保持此温度5小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至385℃，保持此温度3小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料。
分析：对复合粉体材料进行成分分析，测得质量百分数为2.4％Au、32.6％MoO3、36.2％NiO、和28.8％Y2O3；透射电子显微镜测得平均粒径约26nm。
应用：以此粉体材料作为检测空气中氨的催化发光传感材料，工作温度为174℃，线性范围为1.2-65mg/m3，检出限为甲醛0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例3
将氯金酸晶体溶于质量分数为18％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为深紫色，形成溶液A；将六水硫酸镍和硝酸镍溶于质量分数为15％的盐酸水溶液中形成溶液B，将六水硝酸钇和氯化钇溶于质量分数为17％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C缓慢滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至215℃，保持此温度4小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至395℃，保持此温度2小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料。
分析：对复合粉体材料进行成分分析，测得质量百分数为1.6％Au、29.5％MoO3、39.5％NiO、和29.4％Y2O3；透射电子显微镜测得平均粒径约25nm。
应用：以此粉体材料作为检测空气中氨的催化发光传感材料，工作温度为186℃，线性范围为1.0-55mg/m3，检出限为甲醛0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例4
将氯金酸晶体溶于质量分数为16％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为深紫色，形成溶液A；将六水硝酸镍溶于质量分数为13％的盐酸水溶液中形成溶液B，将八水硫酸钇和磷酸钇溶于质量分数为18％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C缓慢滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至202℃，保持此温度5小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至382℃，保持此温度3小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料。
分析：对复合粉体材料进行成分分析，测得质量百分数为2.2％Au、30.4％MoO3、40.1％NiO、和27.3％Y2O3；透射电子显微镜测得平均粒径约23nm。
应用：以此粉体材料作为检测空气中氨的催化发光传感材料，工作温度为192℃，线性范围为1.2-70mg/m3，检出限为甲醛0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。
实施例5
将氯金酸晶体溶于质量分数为19％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为紫红色，形成溶液A；将三水溴化镍和六水硝酸镍溶于质量分数为11％的盐酸水溶液中形成溶液B，将九水草酸钇、磷酸钇和氯化钇溶于质量分数为15％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C缓慢滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至218℃，保持此温度4小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至398℃，保持此温度2小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料。
分析：对复合粉体材料进行成分分析，测得质量百分数为1.9％Au、31.2％MoO3、37.4％NiO、和29.5％Y2O3；透射电子显微镜测得平均粒径约26nm。
应用：以此粉体材料作为检测空气中氨的催化发光传感材料，工作温度为169℃，线性范围为1.1-61mg/m3，检出限为甲醛0.5mg/m3，常见共存物没有干扰。

Claims (1)

1.一种氨的催化发光传感材料，其特征是由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的粒径为10-40纳米的复合粉体材料，其中各组分的质量百分数范围为1.5-2.5Au、26-33％MoO3、36-42％NiO和27-30％Y2O3，其制备方法是：将氯金酸晶体溶于质量分数为15-20％的柠檬酸水溶液中，升温至95℃，保持温度连续搅拌至溶液颜色由明黄色转为深紫红色，形成溶液A；将镍盐溶于质量分数为10-15％的盐酸水溶液中形成溶液B，将钇盐溶于质量分数为15-20％苹果酸水溶液中形成溶液C，在连续搅拌下，将溶液B和C分别滴加到溶液A中，保持95℃继续搅拌2小时，加入琼脂粉并继续搅拌至溶液澄清，将钼酸铵晶体直接加入此溶液并搅拌至完全溶解，冷却至室温形成凝胶；将此凝胶烘干后，在箱式电阻炉中以每分钟不超过3℃的速度升温至200-220℃，保持此温度4-5小时，继续以每分钟不超过3℃的速度升温至380-400℃，保持此温度2-3小时，自然冷却至室温得到由Au原子掺杂的MoO3、NiO和Y2O3组成的复合粉体材料；所述的镍盐是氯化镍、溴化镍、硫酸镍和硝酸镍的无水物或水合物的一种或几种的混合物，钇盐是醋酸钇、草酸钇、硝酸钇、硫酸钇、磷酸钇和氯化钇的无水物或水合物的一种或几种的混合物。
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