CN110736772A - 一种基于共价三嗪基二维聚合物的no2气体传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于共价三嗪基二维聚合物的no2气体传感器及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明为一种基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器及其制备方法和应用。该传感器的组成包括气体敏感材料和陶瓷叉指电极，所述的气体敏感材料涂覆在所述陶瓷叉指电极表面形成的传感膜，传感膜厚度为6～10nm；所述的气体敏感材料为单层或2～4层三嗪基二维聚合物纳米片，其中单层厚度为1～2.5nm。本发明制得的传感器对NO2气体的响应值高、稳定性强、恢复性好，且能够在室温条件下工作。

Description

一种基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器及其制备方 法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种三嗪基二维聚合物的制备方法及其气体传感、制备工艺及应用。
背景技术
二氧化氮(NO2)是一种常见的有害气体，红棕色并带有刺激性气味，主要来源于汽车尾气和工业燃料的燃烧。空气中二氧化氮浓度升高会引起酸雨以及光化学烟雾，同时二氧化氮也是目前最严重的空气污染物PM2.5的前驱体之一。近年来，空气中氮氧化物(包括一氧化氮和二氧化氮)的含量普遍受到人们的关注。目前主要的NO2传感材料有金属氧化物，其响应速度快，灵敏度高，但存在工作温度偏高、功耗较大和检测限偏高等缺点，同时也存在安全隐患。第二类传感材料为导电聚合物，这类材料灵敏度普遍较低，并且重现性较差。因此，开发高性能的二氧化氮传感器是目前各界普遍关注的课题之一。
二维聚合物由单层或寡层原子片构成，具有二维空间规整排列的重复单元。二维聚合物具备独特的结构和特殊的物理/化学性质(如纳米级厚度、高比表面积和丰富的活性位点等)，是优异的气体传感材料。此前，已有大量基于无机二维聚合物气体传感的研究报道,如石墨烯、二硫化钼等。但是由于其普遍存在吸附脱附缓慢，灵敏度偏低等问题，无法满足实际应用需求。另外,大多数商业化金属氧化物传感器组成的SnO2、ZnO或在NiO的最佳工作温度普遍高于100℃，这严重限制了他们在室温条件下检测目标气体。有机二维聚合物是小分子通过有机反应共价连接形成的二维共轭结构。通常，反应得到的二维聚合物片层会通过π-π作用堆叠，形成三维有机骨架(Covalent Organic Frameworks，COFs)结构。进一步通过溶剂剥离或机械剥离可得到单层/寡层的有机二维聚合物片层。此前，非晶态三维COFs曾被用于化学电阻式NH3传感器，但其灵敏度很低(Gao,Q.；Li,X.；Ning,G.-H.；Leng,K.；Tian,B.；Liu,C.；Tang,W.；Xu,H.-S.；Loh,K.P.Highly Photoluminescent Two-Dimensional Imine-Based Covalent Organic Frameworks for ChemicalSensing.Chem.Commun.2018,54,2349-2352.)。
因此，制备出一种工艺步骤简单，成本低且对NO2的响应灵敏度高、稳定性好以及可恢复性强的一种新型NO2传感器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对当前技术中存在的不足，提供一种基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器及其制备方法和应用。该传感器以共价三嗪基二维聚合物纳米片作为气体传感器的敏感材料，直接作为敏感材料在NO2气体传感器中应用；制备方法采用一锅溶液法合成了共价三嗪基二维聚合物晶体，通过溶液超声剥离得到了尺寸和厚度较小的三嗪基二维聚合物纳米片。本发明值得的传感器对NO2气体的响应值高、稳定性强、恢复性好，且能够在室温条件下工作。
本发明采用如下技术方案：
一种基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器，该传感器的组成包括气体敏感材料和叉指电极，所述的气体敏感材料涂覆在叉指电极表面形成传感膜，传感膜厚度为6～10nm；所述的气体敏感材料为单层或2～4层三嗪基二维聚合物纳米片，其中单层的厚度为1～2.5nm。
所述的叉指电极优选为陶瓷叉指电极。
所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)将对苯二甲腈溶于二氯甲烷中得到透明的单体溶液；所述的单体溶液浓度为0.2～10mg/mL；
(2)将三氟甲磺酸加入到容器中，然后将上述单体溶液在1.9～2h滴加其中，随后在98～100℃下冷凝回流、搅拌反应过夜；反应结束后，加入2～3倍于单体溶液体积的乙醇淬灭终止反应；
其中，体积比三氟甲磺酸：单体溶液＝1：10～20；
(3)过滤收集上述反应产物，将产物分别用乙醇和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)离心清洗，去除未反应的对苯二甲腈和残留的酸；清洗后的物质真空干燥后，再在140～160℃真空加热1.5～2.5h，得到三嗪基二维聚合物晶体；
(4)向DMF中加入三嗪基二维聚合物晶体，用转子搅拌1～3h，然后溶液进行超声剥离2h～4h；随后将溶液以5000～10000r min-1的速度离心5～15min后，取上清液，即可得到三嗪基二维聚合物溶液；
其中，每5～10mL的DMF中加入10～20mg三嗪基二维聚合物晶体；
(5)取上步得到的三嗪基二维聚合物溶液滴加到叉指电极表面的叉指上；每平方mm叉指区域表面滴加0.15～0.25μL三嗪基二维聚合物溶液；
(6)将涂覆后的叉指电极在145～155℃真空下烘干后，即可得到表面具有三嗪基二维聚合物薄膜的气体传感器件。
步骤(3)中过夜反应的时间优选为12h；
步骤(3)中所述的对苯二甲腈单体转化为共价三嗪骨架晶体的转化率约为68％～86％。
步骤(4)中所述的超声功率优选为200～220W；
所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的应用，其特征为在室温下即可用于工业领域或大气环境中的NO2气体的检测。
本发明的实质性特点为：
本发明创新性的把三嗪基二维聚合物作为气体敏感材料，首次发现了三嗪基二维聚合物对NO2气体具有特异性的识别作用。该三嗪基二维聚合物纳米片能对低浓度NO2进行快速检测，并且对NO2气体具有极高的响应信号，其传感行为完全可逆(完全恢复)。此外，该传感器在室温下对NO2气体的响应时间和恢复时间都很短。
本发明的有益效果为：
(1)利用三嗪基二维聚合物纳米片作为气体敏感材料，该敏感材料对NO2气体具有特异性的识别作用，能对低浓度NO2气体进行吸附/脱附并发生快速响应，理论检测限为2.2ppb。传感行为的重现性和可逆性良好。该三嗪基二维聚合物对NO2的灵敏度高达452.6ppm-1，是二维石墨烯和三维共价三嗪骨架的好几倍，比其他二维材料(如MXene)基NO2传感器的灵敏度高出几个数量级。此外，该传感器在室温下的响应时间(35～47s)和恢复时间(56～140s)都是超快的。
(2)该气体传感器制备流程简单，无需进行复杂结构设计，成本低，并且可以在室温条件下工作，不需要将器件加热至高温进行测试，在NO2气体传感领域有很大的应用前景。
附图说明
图1为对苯二甲腈单体转化为共价三嗪基二维聚合物的分子结构示意图；
图2为实施例2中制备得到的共价三嗪骨架晶体的实物图；
图3为实施例2中制备得到的三嗪基二维聚合物片层的扫描电镜图；
图4为实施例2中对苯二甲腈单体和制备得到的三嗪基二维聚合物的N 1s X-射线光电子能谱图；
图5为实施例2中制备得到的三嗪基二维聚合物纳米片的原子力显微镜图；
图6为实施例2中气体传感器对150ppb-5ppm浓度NO2气体的动态传感响应曲线；
图7为实施例2中气体传感器对1ppm NO2气体的循环响应曲线；
图8为实施例2中的气体传感器对不同浓度NO2气体的响应和恢复时间点线图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明涉及的溶剂和药品均为市售原料药，本发明采用的陶瓷叉指电极为商用陶瓷叉指电极；陶瓷叉指电极的长宽分别为10mm，包含10对金叉指，叉指宽度为100μm，叉指间距为100μm，叉指区域的表面积为40mm2。
实施例1：
(1)制备层状共价三嗪骨架晶体：将2mg的对苯二甲腈溶解在10mL的CH2Cl2中。然后10000r min-1离心5min去除未溶解的对苯二甲腈单体，得到透明的单体溶液。将其转移到滴液漏斗当中，然后将1mL的三氟甲磺酸加入到250ml的圆底烧瓶中，将透明的对苯二甲腈单体溶液在2h内逐滴滴加到圆底烧瓶中，整个反应体系在100℃下搅拌、冷凝回流，反应过夜使对苯二甲腈单体尽可能的转化形成共价三嗪骨架晶体。在反应4h后，可以发现黄色晶体逐渐附着在圆底烧瓶上，待反应完全(12小时)后，用20mL乙醇淬灭反应。经过过滤收集滤饼，得到反应产物，对苯二甲腈单体的转化率约为68％。然后将反应产物分别用乙醇和DMF在4000r min-1离心清洗各三次，去除未反应的对苯二甲腈单体和残留的三氟甲磺酸。将产物在室温真空干燥后，把产物移入150℃真空干燥箱中加热2h，去除产物中吸附的三氟甲磺酸分子，干燥完成后即可得到层状共价三嗪骨架晶体。
(2)制备三嗪基二维聚合物溶液：在10mL的DMF中加入10mg步骤(1)制备得到的层状共价三嗪骨架晶体，将溶液搅拌2h，然后超声2h(200W)。随后将溶液8000r min-1离心10min，取上清液即可得到分散均匀的三嗪基二维聚合物溶液，得到的聚合物纳米片厚度为1nm左右。
(3)制备NO2气体传感器：将10μL步骤(2)制备的三嗪基二维聚合物溶液均匀滴涂在陶瓷叉指电极表面的金叉指上，然后将叉指电极在150℃下真空烘干去除溶剂，即可在陶瓷叉指电极表面形成厚度约为8nm的三嗪基二维聚合物传感薄膜，此传感器可以在室温下进行NO2传感测试。
实施例2：
(1)制备层状共价三嗪骨架晶体：将40mg的对苯二甲腈溶解在20mL的CH2Cl2中。然后10000r min-1离心5min去除未溶解的对苯二甲腈单体，得到透明的单体溶液。将其转移到滴液漏斗当中，然后将1mL的三氟甲磺酸加入到250mL的圆底烧瓶中，将透明的对苯二甲腈单体溶液在2h内逐滴滴加到圆底烧瓶中，整个反应体系在100℃下搅拌、冷凝回流，反应过夜使对苯二甲腈单体尽可能的转化形成共价三嗪骨架晶体。在反应4h后，可以发现黄色晶体逐渐附着在圆底烧瓶上，待反应完全(12小时)后，用40mL乙醇淬灭反应。经过过滤收集滤饼，得到反应产物，对苯二甲腈单体的转化率约为80％。然后将反应产物分别用乙醇和DMF在4000r min-1离心清洗各三次，去除未反应的对苯二甲腈单体和残留的三氟甲磺酸。将产物在室温真空干燥后，把产物移入150℃真空干燥箱中加热2h，去除产物中吸附的三氟甲磺酸分子，干燥完成后即可得到层状共价三嗪骨架晶体。
(2)制备三嗪基二维聚合物溶液：在10mL的DMF溶液中加入10mg步骤(1)制备得到的层状共价三嗪骨架晶体，将溶液用转子搅拌2h，然后超声2h(200W)。随后将溶液8000rmin-1离心10min，取上清液即可得到分散均匀的三嗪基二维聚合物溶液，得到的聚合物纳米片厚度为1.9nm左右。
(3)制备NO2气体传感器：将10μL步骤(2)制备的三嗪基二维聚合物溶液均匀滴涂在陶瓷叉指电极表面的金叉指上，然后将叉指电极在150℃下真空干燥去除溶剂，即可在陶瓷叉指电极表面得到厚度约为8nm的三嗪基二维聚合物传感薄膜，此传感器可以在室温下进行NO2传感测试。
实施例3：
(1)制备层状共价三嗪骨架晶体：将200mg的对苯二甲腈溶解在20mL的CH2Cl2中。然后10000r min-1离心5min去除未溶解的对苯二甲腈单体，得到透明的单体溶液。将其转移到滴液漏斗当中，然后将1ml的三氟甲磺酸加入到250mL的圆底烧瓶中，将透明的对苯二甲腈单体溶液在2h内逐滴滴加到圆底烧瓶中，整个反应体系在100℃下搅拌、冷凝回流，反应过夜使对苯二甲腈单体尽可能的转化形成共价三嗪骨架晶体。在反应4h后，可以发现黄色晶体逐渐附着在圆底烧瓶上，待反应完全(12小时)后，用60mL乙醇淬灭反应。经过过滤收集滤饼，得到反应产物，对苯二甲腈单体的转化率约为86％。然后将反应产物分别用乙醇和DMF在4000r min-1离心清洗各三次，去除未反应的对苯二甲腈单体和残留的三氟甲磺酸。将产物在室温真空干燥后，把产物移入150℃真空干燥箱中加热2h，去除产物中吸附的三氟甲磺酸分子，干燥完成后即可得到层状共价三嗪骨架晶体。
(2)制备三嗪基二维聚合物溶液：在10mL的DMF溶液中加入10mg步骤(1)制备得到的层状共价三嗪骨架晶体，将溶液用转子搅拌2h，然后超声2h(200W)。随后将溶液8000rmin-1离心10min，取上清液即可得到分散均匀的三嗪基二维聚合物溶液，得到的聚合物纳米片厚度为2.5nm左右。
(3)制备NO2气体传感器：将10μL步骤(2)制备的三嗪基二维聚合物溶液均匀滴涂在陶瓷叉指电极表面的金叉指上，然后将叉指电极在150℃下真空干燥去除溶剂，即可在陶瓷叉指电极表面得到厚度约为8nm的三嗪基二维聚合物传感薄膜，此传感器可以在室温下进行NO2传感测试。
实施例4：
(1)制备层状共价三嗪骨架晶体：将40mg的对苯二甲腈溶解在20mL的CH2Cl2中。然后10000r min-1离心5min去除未溶解的对苯二甲腈单体，得到透明的单体溶液。将其转移到滴液漏斗当中，然后将1ml的三氟甲磺酸加入到250mL的圆底烧瓶中，将透明的对苯二甲腈单体溶液在2h内逐滴滴加到圆底烧瓶中，整个反应体系在100℃下搅拌、冷凝回流，反应过夜使对苯二甲腈单体尽可能的转化形成共价三嗪骨架晶体。在反应4h后，可以发现黄色晶体逐渐附着在圆底烧瓶上，待反应完全(12小时)后，用40mL乙醇淬灭反应。经过过滤收集滤饼，得到反应产物，对苯二甲腈单体的转化率约为80％。然后将反应产物分别用乙醇和DMF4000r min-1离心清洗各三次，去除未反应的对苯二甲腈单体和残留的三氟甲磺酸。将产物在室温真空干燥后，把产物移入150℃真空干燥箱中加热2h，去除产物中吸附的三氟甲磺酸分子，干燥完成后即可得到层状共价三嗪骨架晶体。
(2)制备三嗪基二维聚合物溶液：在10mL的DMF溶液中加入20mg步骤(1)制备得到的层状共价三嗪骨架晶体，将溶液用转子搅拌2h，然后超声2h(200W)。随后将溶液8000rmin-1离心10min，取上清液即可得到分散均匀的三嗪基二维聚合物溶液得到的聚合物纳米片厚度为1.9nm左右。
(3)制备NO2气体传感器：将10μL步骤(2)制备的三嗪基二维聚合物溶液均匀滴涂在陶瓷叉指电极表面的金叉指上，然后将叉指电极在150℃下真空干燥去除溶剂，即可在陶瓷叉指电极表面得到厚度约为10nm的三嗪基二维聚合物传感薄膜，此传感器可以在室温下进行NO2传感测试。
实施例5：
(1)制备层状共价三嗪骨架晶体：将40mg的对苯二甲腈溶解在20mL的CH2Cl2中。然后10000r min-1离心5min去除未溶解的对苯二甲腈单体，得到透明的单体溶液。将其转移到滴液漏斗当中，然后将1mL的三氟甲磺酸加入到250mL的圆底烧瓶中，将透明的对苯二甲腈单体溶液在2h内逐滴滴加到圆底烧瓶中，整个反应体系在100℃下搅拌、冷凝回流，反应过夜使对苯二甲腈单体尽可能的转化形成共价三嗪骨架晶体。在反应4h后，可以发现黄色晶体逐渐附着在圆底烧瓶上，待反应完全(12小时)后，用40mL乙醇淬灭反应。经过过滤收集滤饼，得到反应产物，对苯二甲腈单体的转化率约为80％。然后将反应产物分别用乙醇和DMF4000r min-1离心清洗各三次，去除未反应的对苯二甲腈单体和残留的三氟甲磺酸。将产物在室温真空干燥后，把产物移入150℃真空干燥箱中加热2h，去除产物中吸附的三氟甲磺酸分子，干燥完成后即可得到层状共价三嗪骨架晶体。
(2)制备三嗪基二维聚合物溶液：在10ml的DMF溶液中加入10mg步骤(1)制备得到的层状共价三嗪骨架晶体，将溶液用转子搅拌2h，然后超声4h(200W)。随后将溶液8000rmin-1离心10min，取上清液即可得到分散均匀的三嗪基二维聚合物溶液，得到的聚合物纳米片厚度为1.5nm左右。
(3)制备NO2气体传感器：将10μL步骤(2)制备的三嗪基二维聚合物溶液均匀滴涂在陶瓷叉指电极表面的金叉指上，然后将叉指电极在150℃下真空干燥去除溶剂，即可在陶瓷叉指电极表面得到厚度为8nm的三嗪基二维聚合物传感薄膜，此传感器可以在室温下进行NO2传感测试。
实施例6：
(1)制备层状共价三嗪骨架晶体：将40mg的对苯二甲腈溶解在20mL的CH2Cl2中。然后10000r min-1离心5min去除未溶解的对苯二甲腈单体，得到透明的单体溶液。将其转移到滴液漏斗当中，然后将1mL的三氟甲磺酸加入到250mL的圆底烧瓶中，将透明的对苯二甲腈单体溶液在2h内逐滴滴加到圆底烧瓶中，整个反应体系在100℃下搅拌、冷凝回流，反应过夜使对苯二甲腈单体尽可能的转化形成共价三嗪骨架晶体。在反应4h后，可以发现黄色晶体逐渐附着在圆底烧瓶上，待反应完全(12小时)后，用40mL乙醇淬灭反应。经过过滤收集滤饼，得到反应产物，对苯二甲腈单体的转化率约为80％。然后将反应产物分别用乙醇和DMF4000r min-1离心清洗各三次，去除未反应的对苯二甲腈单体和残留的三氟甲磺酸。将产物在室温真空干燥后，把产物移入150℃真空干燥箱中加热2h，去除产物中吸附的三氟甲磺酸分子，干燥完成后即可得到层状共价三嗪骨架晶体。
(2)制备三嗪基二维聚合物溶液：在10mL的DMF溶液中加入10mg步骤(1)制备得到的层状共价三嗪骨架晶体，将溶液用转子搅拌2h，然后超声2h(200W)。随后将溶液8000rmin-1离心10min，取上清液即可得到分散均匀的三嗪基二维聚合物溶液,得到的聚合物纳米片厚度为1.9nm左右。
(3)制备NO2气体传感器：将6μL步骤(2)制备的三嗪基二维聚合物溶液均匀滴涂在陶瓷叉指电极表面的金叉指上，然后将叉指电极在150℃下真空干燥去除溶剂，即可在陶瓷叉指电极表面得到厚度约为6nm的三嗪基二维聚合物传感薄膜，此传感器可以在室温下进行NO2传感测试。
图1为对苯二甲腈单体转化为共价三嗪基二维聚合物的分子结构示意图，表明单体通过环三聚反应合成了三嗪基二维聚合物；图2为实施例2制备得到的共价三嗪骨架晶体实物图。图3为实施例2共价三嗪骨架晶体剥离得到的三嗪基二维聚合物薄膜的扫描电镜图，可以看到清晰的二维聚合物纳米片。图4为对苯二甲腈单体和实施例2制备得到的三嗪基二维聚合物的N1s的X射线光电子能谱图，可以看到对苯二甲腈单体键能为400.3eV的-C≡N转化为键能为398.9eV的-C＝N-C。图5为实例2得到的三嗪基二维聚合物纳米片的原子力显微镜图，显示三嗪基二维聚合物纳米片的厚度为1.5nm。图6为实施例2制备的气体传感器对150ppb-5ppm浓度NO2气体的动态传感响应曲线，其对NO2气体的灵敏度达到452.6ppm-1，可以对不同浓度的NO2气体进行检测。图7为实施例2制备的气体传感器对1ppm NO2气体的循环响应曲线，可以看出该传感器具有良好的可逆性与重复性。图8实施例2制备的气体传感器对不同浓度NO2气体的响应和回复时间点线图，可以看出该传感器的响应时间(35s-47s)和恢复时间(56s-140s)都非常短，可以实现NO2气体的快速检测。
其他实施例的传感性能与实施例2的传感性能接近。
所述的二氧化氮的传感性能是通过测量材料在二氧化氮气氛中电导率的变化来表征的。传感器的工作温度为室温。将传感器件放入测试瓶中，叉指电极两端连接上海辰华电化学工作站CHI-760E，采用恒电压模式进行测试，电压为1V。气体的流速用气体流量计(气体流量计型号为调节，流经瓶内的二氧化氮浓度通过控制NO2标准气(二氧化氮浓度为20ppm)和压缩空气的流速比例实现的。在测试前，传感器在氮气中平衡一段时间，直至电流基本稳定。每次测量通入一定浓度的二氧化氮，然后停止通二氧化氮，通入纯氮气冲洗测量瓶。传感器的输出信号定义为ΔG/G0(％)，其中G0为初始基线电导率，ΔG为通入二氧化氮后的电导率减去初始基线电导率。
综上所述，本发明旨在提供一种新型共价三嗪基二维聚合物NO2气体传感器及其制备方法。一般来说，层状材料的尺寸和厚度对其传感性能有很大的影响。以石墨烯为例，其物理/化学性质和传感性能与石墨具有显著差异。因此，我们通过溶液法合成并超声剥离得到了单层/寡层的共价三嗪基二维聚合物。并且我们证明了该三嗪基二维聚合物传感器对NO2具有较高的特异性，传感过程稳定且完全可逆。可以高效地监测NO2浓度的最低理论检测限达到2.2ppb。并且对NO2的灵敏度达到452.6ppm-1是其它二维纳米材料和块体共价三嗪骨架的几倍甚至几十倍。该传感器对NO2的响应时间为35s-47s，恢复时间为56s-140s，优于石墨烯(Paul,R.K.；Badhulika,S.；Saucedo,N.M.；Mulchandani,A.Graphene Nanomesh asHighly Sensitive Chemiresistor Gas Sensor.Anal.Chem.2012,84,8171-8178.)、二硫化钼(Guo,S.；Yang,D.；Zhang,S.；Dong,Q.；Li,B.；Tran,N.；Li,Z.；Xiong,Y.；Zaghloul,M.E.Development of a Cloud-Based Epidermal Mose2 Device for Hazardous GasSensing.Adv.Funct.Mater.2019,29,1900138.)、MXene(Yuan,W.；Yang,K.；Peng,H.；Li,F.；Yin,F.A Flexible VOCs Sensor Based on a 3D Mxene Framework with a HighSensing Performance.J.Mater.Chem.A 2018,6,18116-18124.)等纳米材料基NO2传感器。并且该传感器可在室温下进行检测，无需任何辅助。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (7)

1.一种基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器，其特征为该传感器的组成包括气体敏感材料和叉指电极，所述的气体敏感材料涂覆在所述陶瓷叉指电极表面形成的传感膜，传感膜厚度为6~10 nm；所述的气体敏感材料为单层或2~4层三嗪基二维聚合物纳米片，其单层厚度为1~2.5 nm。
2.如权利要求1所述的基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器，其特征为所述的叉指电极优选为陶瓷叉指电极。
3.如权利要求1所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的制备方法，其特征为包括如下步骤：
（1）将对苯二甲腈溶于二氯甲烷中得到透明的单体溶液；所述的单体溶液浓度为0.2~10 mg/mL；
（2）将三氟甲磺酸加入到容器中，然后将上述单体溶液在1.9~2 h滴加其中，随后在98~100 oC下冷凝回流、搅拌反应过夜；反应结束后，加入2~3倍于单体溶液体积的乙醇淬灭终止反应；
其中，体积比三氟甲磺酸：单体溶液=1：10~20；
（3）过滤收集上述反应产物，将产物分别用乙醇和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）离心清洗，去除未反应的对苯二甲腈和残留的酸；清洗后的物质真空干燥后，再在140~160 oC真空加热1.5~2.5 h，得到三嗪基二维聚合物晶体；
（4）向DMF中加入三嗪基二维聚合物晶体，用转子搅拌1~3 h，然后溶液进行超声剥离2h~4 h；随后将溶液以5000~10000 r min-1的速度离心5~15 min后，取上清液，即可得到三嗪基二维聚合物溶液；
其中，每5~10 mL的DMF中加入10~20 mg三嗪基二维聚合物晶体；
（5）取上步得到的三嗪基二维聚合物溶液滴加到叉指电极表面的叉指上；每平方mm叉指区域表面滴加0.15~0.25 μL三嗪基二维聚合物溶液；
（6）将涂覆后的叉指电极在145~155真空下烘干后，即可得到表面具有三嗪基二维聚合物薄膜的气体传感器件。
4.如权利要求3所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的制备方法，其特征为步骤（3）中过夜反应的时间优选为12 h。
5.如权利要求3所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的制备方法，其特征为步骤（3）中对苯二甲腈单体转化为共价三嗪骨架晶体的转化率约为68%~86% 。
6.如权利要求3所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的制备方法，其特征为步骤（4）中所述的超声功率优选为200~220 W。
7.如权利要求1所述基于共价三嗪基二维聚合物的NO2气体传感器的应用，其特征为在室温下即用于工业领域或大气环境中的NO2气体的检测。
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