CN111141788A - 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器 - Google Patents

一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN111141788A
CN111141788A CN201911419080.3A CN201911419080A CN111141788A CN 111141788 A CN111141788 A CN 111141788A CN 201911419080 A CN201911419080 A CN 201911419080A CN 111141788 A CN111141788 A CN 111141788A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tio
nanotube
black phosphorus
hydrogen sulfide
sensitive electrode
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.)
Granted
Application number
CN201911419080.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111141788B (zh
Inventor
鞠剑峰
鞠一逸
章琴
袁航
于亚楠
黄佩琳
冯芸英
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.)
Nantong University Technology Transfer Center Co ltd
Original Assignee
Nantong 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 Nantong University filed Critical Nantong University
Priority to CN201911419080.3A priority Critical patent/CN111141788B/zh
Publication of CN111141788A publication Critical patent/CN111141788A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111141788B publication Critical patent/CN111141788B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/127—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
    • G01N27/4045—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors for gases other than oxygen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种黑磷‑TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，包括传感器外壳和设置在传感器外壳内的膜电极，电池外壳与膜电极之间为空气室，膜电极内设置气体反应室，膜电极由外至内为阴极扩散层、阴极催化剂层、Nafion膜和黑磷‑TiO2纳米管/Ti敏感电极；阴极扩散层与传感器外壳通过焊接点连接设置为阴极输出端，黑磷‑TiO2纳米管/Ti敏感电极与传感器外壳通过焊接点连接设置为阳极输出端，气体反应室的顶端设置有带扩散孔的气体过滤帽以供待测硫化氢气体通过；传感器外壳上开设有与空气室导通的空气流通孔盖，空气室底部设置水排放孔，黑磷‑TiO2纳米管/Ti敏感电极底部设置SO2排放孔。本发明传感器对硫化氢气体具有良好的选择性，抗中毒和抗干扰能力强。

Description

一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器
技术领域
本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器。
背景技术
硫化氢气体标准状况下是一种酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，是养殖场主要臭味来源之一，汽车尾气和工业废气中也产生硫化氢，其有剧毒，低浓度硫化氢对粘膜具有强刺激作用，如吸入少量高浓度硫化氢可致人死亡，硫化氢对环境中的人、畜健康产生很大影响。实时检测、监控养殖场或其它环境中的硫化氢浓度，并及时处理必不可少。
硫化氢气体检测方法有硝酸银比色法、气相色谱法、碘量法、亚甲基蓝法等，这些检测方法需要大型分析仪器，体积大，价格高，操作复杂且耗时较长，不能满足硫化氢气体实时监控的要求。气体传感器具有小巧、廉价、易于操作控制的特点，因而被广泛应用。
中国专利CN108872313A公开了一种以Pt-Rh/C为敏感电极的硫化氢气体传感器，但其不足之处是采用了贵金属Pt、Rh作催化剂，成本较高，且Pt易中毒。中国专利CN105717168B公开了一种基于二氧化钛纳米薄片负载贵金属硫化氢传感器，中国专利CN106645309B公开了一种Co掺杂的TiO2纳米管阵列薄膜的硫化氢气敏传感器，中国专利CN108318542A公开了一种二氧化锡基气敏材料及硫化氢气体传感器，都是主要通过利用传感器吸附气体后的电阻变化，测定电阻，但环境气体复杂，传感器对气体的选择性较差，抗干扰能力较差。另外部分传感器采用贵金属负载，成本较高，部分半导体传感器工作温度达到300摄氏度以上，功耗较大，影响了其应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，能对硫化氢气体具有良好的选择性，具有较高抗中毒能力和抗干扰能力，且成本较低、零功耗、安全可靠、环境友好、无漏液、操作方便、简单快捷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，包括传感器外壳和设置在所述传感器外壳内的膜电极，所述传感器外壳与所述膜电极之间为空气室，所述膜电极内设置气体反应室，其中所述膜电极由外至内为阴极扩散层、阴极催化剂层、Nafion膜和黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极，所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极为表面沉积有纳米黑磷层的TiO2纳米管/Ti；
所述阴极扩散层与所述传感器外壳通过焊接点连接设置为阴极输出端，所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极与所述传感器外壳通过焊接点连接设置为阳极输出端，所述气体反应室的顶端设置有带扩散孔的气体过滤帽以供待测硫化氢气体通过，在所述气体过滤帽上设置有第一密封盖；所述传感器外壳上开设有与所述空气室导通的空气流通孔，所述空气流通孔上设置第二密封盖，所述空气室底部设置水排放孔，所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极底部设置SO2排放孔。
优选的，所述阴极输出端、所述阳极输出端和所述气体过滤帽采用不锈钢、铜或钛材料；
优选的，所述第一密封盖和第二密封盖采用聚四氟乙烯材料。
优选的，所述膜电极的制备方法包括以下步骤：
1)将多孔钛管放置于丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗；然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
2)将经过步骤1)前处理得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化，电解液的组成为：0.5～1％的HF，1mol/L的H2SO4；电解电位为20V，电解时间为30～120min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti；
3)将红磷在200℃下热处理2h，除去表面的氧化物和杂质，冷却后研磨15min；
4)将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置步骤3)处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，升温至600～1000℃，保温4～5h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在所述TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极；
5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面，得到阴极催化剂层；
6)将所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极和所述阴极催化剂层分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在所述阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
与现有技术相比，本发明提供的黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器对硫化氢气体具有良好的选择性，黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极没有采用贵金属，黑磷带隙能很低，只有0.3-2eV，TiO2带能隙为3.2eV，复合降低TiO2的带隙能，使传感器具有较高的抗中毒和抗干扰能力，传感器成本较低，安全可靠，环境友好，无漏液。本发明传感器使用时无需升温，常温即可工作，零功耗，操作方便，简单快捷，且黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极中的黑鳞-TiO2纳米管催化剂不产生消耗。
附图说明
图1是本发明提供的硫化氢传感器的横截面图；
图2是本发明提供的硫化氢传感器的俯视图；
图3是图2所示硫化氢传感器在A-A处的旋转剖视图；
图4是本发明提供的硫化氢传感器中的膜电极剖面图；
其中，1-传感器外壳，2-空气室，3-阴极输出端，4-膜电极，5-阳极输出端，6-多孔钛管，7-气体反应室，8-阴极扩散层，9-阴极催化剂层，10-Nafion膜，11-TiO2纳米管，12-纳米黑磷层，13-空气流通孔，14-SO2排放孔，15-水排放孔，16-气体过滤帽，17-第一密封盖，18-第二密封盖。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
如图1所示，本发明提供了一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，包括传感器外壳1和设置在传感器外壳1内的膜电极4，传感器外壳1与膜电极4之间为空气室2，膜电极4内设置气体反应室7。
如图4所示，膜电极4由外至内为阴极扩散层8、阴极催化剂层9、Nafion膜10和黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极，黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极为表面沉积有纳米黑磷层12的TiO2纳米管/Ti，TiO2纳米管/Ti为多孔钛管6内外表面复合TiO2纳米管11构成。
如图2和图3所示，阴极扩散层8与传感器外壳1通过焊接点连接设置为阴极输出端3，黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极与传感器外壳1通过焊接点连接设置为阳极输出端5，黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极底部设置SO2排放孔14。本发明中气体反应室7的顶端设置有带扩散孔的气体过滤帽16以供待测硫化氢气体通过，在气体过滤帽16上设置有第一密封盖17。传感器外壳1上开设有与空气室2导通的空气流通孔13，空气流通孔13上设置有第二密封盖18，空气室2底部设置水排放孔15。本发明中，阴极输出端3、阳极输出端5和气体过滤帽16优选采用不锈钢、铜或钛材料；第一密封盖17和第二密封盖18优选采用聚四氟乙烯材料。
作为本发明的一个实施例，膜电极4可按以下方法制备，包括以下步骤：
1)多孔钛管的前处理：将多孔钛管放置于丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗；然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
2)TiO2纳米管/Ti的制备：将经过步骤1)前处理得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化，电解液的组成：0.5～1％的HF，1mol/L的H2SO4；电解电位为20V，电解时间为30～120min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti；
3)将红磷在200℃下热处理2h，除去表面的氧化物和杂质，冷却后研磨15min；
4)黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极的制备：将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置步骤3)处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，升温至600～1000℃，保温4～5h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在所述TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极；
5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面，得到阴极催化剂层；
6)将所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极和所述阴极催化剂层分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在所述阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
具体的，为了制备膜电极4，首先将多孔钛管置于丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗，然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。
多孔钛管前处理结束后，将其置于电解液中进行阳极氧化，采用的电解液包含0.5～1％的HF和1mol/L的H2SO4，优选包含0.8％的HF和1mol/L的H2SO4；电解电位优选为20V，电解时间为30～120min，优选为80min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti。
然后，将红磷置于200℃温度条件下热处理2h以除去红磷表面的氧化物和杂质，将其冷却至常温，研磨15min，得到颗粒细致均匀的红磷。
为制备黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极，将得到的TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，然后升温至600～1000℃，优选升温至650～1000℃，保温4～5h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在所述TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极。
本发明将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面，得到阴极催化剂层，然后将阴极催化剂层和上述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
本发明硫化氢传感器为电流型硫化氢传感器，将待测的含有的硫化氢的气体通过气体过滤帽16上的扩散孔通入气体反应室7，与膜电极4中黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极表面的黑磷-TiO2纳米管催化剂发生反应，硫化氢被氧化为SO2，同时产生质子(H+)和电子(e-)，质子通过Nafion膜10在阴极催化剂层9表面与空气室2中的氧气及电子结合生成水(工作时打开空气流通孔13)，生成的水通过水排放孔15流出。在反应过程中，电子经外电路传输。外电流大小与气体中硫化氢的浓度有关，通过测定标准硫化氢浓度的外电路电流并作出标准曲线，再测定待测的气体的外电路电流大小，与标准曲线比对，得出待测气体中的硫化氢浓度。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明中膜电极的制备进行详细描述。
实施例1
(1)多孔钛管的前处理：丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗；然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。
(2)TiO2纳米管/Ti的制备：将前处理后得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化，电解液的组成：0.8％的HF，1mol/L的H2SO4；电解电位为20V，电解时间为80min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti。
(3)将红磷在200℃下热处理2h，除去表面的氧化物和杂质，冷却后研磨15min。
(4)黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极的制备：将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置步骤(3)处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，升温至650℃，保温5h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得本实施例中的黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极。
(5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面制成阴极催化剂层。
(6)将阴极催化剂层和本实施例黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
实施例2
(1)多孔钛管的前处理：丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗；然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。
(2)TiO2纳米管/Ti的制备：将前处理得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化，电解液的组成：0.8％的HF，1mol/L的H2SO4；电解电位为20V，电解时间为80min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti；。
(3)将红磷在200℃下热处理2h，除去表面的氧化物和杂质，冷却后研磨15min。
(4)黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极的制备：将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置步骤(3)处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，升温至800℃，保温4h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得本实施例黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极。
(5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面制成阴极催化剂层。
(6)将阴极催化剂层和本实施例黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
实施例3
(1)多孔钛管的前处理：丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗；然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。
(2)TiO2纳米管/Ti的制备：将前处理得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化，电解液的组成：0.8％的HF，1mol/L的H2SO4；电解电位为20V，电解时间为80min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti；。
(3)将红磷在200℃下热处理2h，除去表面的氧化物和杂质，冷却后研磨15min。
(4)黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极的制备：将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置步骤(3)处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，升温至1000℃，保温4h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得本实施例黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极。
(5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面制成阴极催化剂层。
(6)将阴极催化剂层和本实施例黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。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)

1.一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，包括传感器外壳和设置在所述传感器外壳内的膜电极，所述传感器外壳与所述膜电极之间为空气室，所述膜电极内设置气体反应室，其特征在于，所述膜电极由外至内为阴极扩散层、阴极催化剂层、Nafion膜和黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极，所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极为表面沉积有纳米黑磷层的TiO2纳米管/Ti；
所述阴极扩散层与所述传感器外壳通过焊接点连接设置为阴极输出端，所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极与所述传感器外壳通过焊接点连接设置为阳极输出端，所述气体反应室的顶端设置有带扩散孔的气体过滤帽以供待测硫化氢气体通过，在所述气体过滤帽上设置有第一密封盖；所述传感器外壳上开设有与所述空气室导通的空气流通孔，所述空气流通孔上设置第二密封盖，所述空气室底部设置水排放孔，所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极底部设置SO2排放孔。
2.根据权利要求1所述的黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，其特征在于，所述阴极输出端、所述阳极输出端和所述气体过滤帽采用不锈钢、铜或钛材料。
3.根据权利要求1所述的黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，其特征在于，所述第一密封盖和所述第二密封盖均采用聚四氟乙烯材料。
4.根据权利要求1所述的黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器，其特征在于，所述膜电极的制备方法包括以下步骤：
1)将多孔钛管放置于丙酮中超声除油15min，再用甲醇或乙醇清洗；然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min，二次蒸馏水超声清洗3次，1mol/L的HF处理10min，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
2)将经过步骤1)处理得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化，所述电解液的组成为：0.5～1％的HF，1mol/L的H2SO4；电解电位为20V，电解时间为30～120min；电解完毕，用去离子水洗涤，烘干，在500℃的马弗炉中焙烧3h，使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管，得到TiO2纳米管/Ti；
3)将红磷在200℃下热处理2h，除去表面的氧化物和杂质，冷却后研磨15min；
4)将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中，并在其内外表面放置步骤3)处理得到的红磷，以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气，升温至600～1000℃，保温4～5h，然后以每分钟5℃的速率降温至350℃，保温2h，冷却后形成黑磷纳米层沉积在所述TiO2纳米管/Ti的内外表面，制得黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极；
5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面，得到阴极催化剂层；
6)将所述黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极和所述阴极催化剂层分别置于Nafion膜两侧，热压，揭去PTFE膜片，在所述阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。
CN201911419080.3A 2019-12-31 2019-12-31 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器 Active CN111141788B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911419080.3A CN111141788B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911419080.3A CN111141788B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111141788A true CN111141788A (zh) 2020-05-12
CN111141788B CN111141788B (zh) 2021-08-03

Family

ID=70523096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911419080.3A Active CN111141788B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111141788B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113533450A (zh) * 2021-07-12 2021-10-22 南通大学 一种敏感电极、甲醛柔性传感器及其制备方法

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101795772A (zh) * 2007-07-06 2010-08-04 M技术株式会社 使用强制超薄膜旋转式处理法的纳米粒子的制造方法
CN104037428A (zh) * 2014-05-07 2014-09-10 南通大学 一种合金-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池及其制备方法
CN104089999A (zh) * 2014-06-25 2014-10-08 复旦大学 基于碳量子点-纳米线阵列的心肌细胞信号分子传感器及其制备方法
CN203967183U (zh) * 2014-05-07 2014-11-26 南通大学 一种合金-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池
CN106229363A (zh) * 2016-07-28 2016-12-14 孙健春 一种含有黑磷层的太阳能电池及黑磷层的制备方法
CN106645309A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 华南理工大学 一种Co掺杂的TiO2纳米管阵列薄膜的H2S气敏传感器及其制备方法
US20170322166A1 (en) * 2016-05-05 2017-11-09 University Of Southern California Black phosphorus gas sensor
CN107586392A (zh) * 2016-07-07 2018-01-16 北京化工大学 一种导电高分子薄膜的制备方法及用途
CN108267487A (zh) * 2017-12-08 2018-07-10 西安电子科技大学 一种硫化氢的检测装置及方法
WO2018187782A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Nanostructured polymer-based compositions and methods to fabricate the same
CN108872313A (zh) * 2018-06-21 2018-11-23 吉林大学 以Pt-Rh/C为敏感电极的电流型硫化氢传感器及其制备方法
WO2019006044A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 Massachusetts Institute Of Technology QUASI-BIDIMENSIONAL ELECTRONIC MICROPARTICLES
EP3450935A1 (en) * 2016-04-28 2019-03-06 Tokyo Institute of Technology Terahertz wave detection device and array sensor
CN109461939A (zh) * 2018-10-16 2019-03-12 南通大学 一种NiCo/TiO2纳米管电池电极及其制备方法
WO2020149927A1 (en) * 2019-01-15 2020-07-23 Massachusetts Institute Of Technology Slot antennas for graphene mid-ir imaging arrays and approach for cmos implementation thereof

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101795772A (zh) * 2007-07-06 2010-08-04 M技术株式会社 使用强制超薄膜旋转式处理法的纳米粒子的制造方法
CN104037428A (zh) * 2014-05-07 2014-09-10 南通大学 一种合金-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池及其制备方法
CN203967183U (zh) * 2014-05-07 2014-11-26 南通大学 一种合金-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池
CN104089999A (zh) * 2014-06-25 2014-10-08 复旦大学 基于碳量子点-纳米线阵列的心肌细胞信号分子传感器及其制备方法
EP3450935A1 (en) * 2016-04-28 2019-03-06 Tokyo Institute of Technology Terahertz wave detection device and array sensor
US20170322166A1 (en) * 2016-05-05 2017-11-09 University Of Southern California Black phosphorus gas sensor
CN107586392A (zh) * 2016-07-07 2018-01-16 北京化工大学 一种导电高分子薄膜的制备方法及用途
CN106229363A (zh) * 2016-07-28 2016-12-14 孙健春 一种含有黑磷层的太阳能电池及黑磷层的制备方法
CN106645309A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 华南理工大学 一种Co掺杂的TiO2纳米管阵列薄膜的H2S气敏传感器及其制备方法
WO2018187782A1 (en) * 2017-04-07 2018-10-11 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Nanostructured polymer-based compositions and methods to fabricate the same
WO2019006044A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-03 Massachusetts Institute Of Technology QUASI-BIDIMENSIONAL ELECTRONIC MICROPARTICLES
CN108267487A (zh) * 2017-12-08 2018-07-10 西安电子科技大学 一种硫化氢的检测装置及方法
CN108872313A (zh) * 2018-06-21 2018-11-23 吉林大学 以Pt-Rh/C为敏感电极的电流型硫化氢传感器及其制备方法
CN109461939A (zh) * 2018-10-16 2019-03-12 南通大学 一种NiCo/TiO2纳米管电池电极及其制备方法
WO2020149927A1 (en) * 2019-01-15 2020-07-23 Massachusetts Institute Of Technology Slot antennas for graphene mid-ir imaging arrays and approach for cmos implementation thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113533450A (zh) * 2021-07-12 2021-10-22 南通大学 一种敏感电极、甲醛柔性传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111141788B (zh) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. A non-enzymatic photoelectrochemical glucose sensor based on BiVO4 electrode under visible light
Lv et al. Enhancing photoelectrochemical water oxidation efficiency via self-catalyzed oxygen evolution: A case study on TiO2
CN104781449B (zh) 经表面处理的金属钛材料或钛合金材料的制造方法及表面处理材料
JP6774165B2 (ja) 光化学反応デバイス、それに用いられる酸化反応用電極及び還元反応用電極
Ramasamy et al. Design and development of Co 3 O 4/NiO composite nanofibers for the application of highly sensitive and selective non-enzymatic glucose sensors
JP2007070675A (ja) 半導体電極とそれを用いたエネルギ変換システム
Meng et al. Enhanced sensing performance of mixed potential ammonia gas sensor based on Bi0. 95Ni0. 05VO3. 975 by silver
CN107973282A (zh) 一种碳材料及其制备方法与应用于电催化生产双氧水
Wang et al. Potentiometric ammonia sensor with InVO4 sensing electrode
Lu et al. Effect of CuO/ZnO/FTO electrode properties on the performance of a photo-microbial fuel cell sensor for the detection of heavy metals
CN111141788B (zh) 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti敏感电极硫化氢传感器
Tang et al. The construction and performance of photocatalytic-fuel-cell with Fe-MoS2/reduced graphene oxide@ carbon fiber cloth and ZnFe2O4/Ag/Ag3VO4@ carbon felt as photo electrodes
Wang et al. Electrooxidation of acetaldehyde on carbon-supported Pt, PtRu and Pt 3 Sn and unsupported PtRu 0.2 catalysts: A quantitative DEMS study
Wu et al. Microplasma and quenching-induced Co doped NiMoO4 nanorods with oxygen vacancies for electrochemical determination of glucose in food and serum
Zhao et al. The challenges and opportunities for TiO2 nanostructures in gas sensing
CN102998347A (zh) 基于超临界水氧化的化学需氧量检测方法和设备
CN111912837B (zh) 基于碳化硼纳米片增强吡啶钌电致化学发光效应的汞离子检测方法
KR101900752B1 (ko) 실내 이산화탄소 처리 장치 및 방법
Kushida et al. Gas‐Phase Photoelectrocatalysis Mediated by Oxygen Ions for Uphill Conversion of Greenhouse Gases
CN106596685A (zh) 一种钙钛矿固体电解质电流型no2传感器及其制备方法
CN111029594B (zh) 一种黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池
Grajek et al. Changes in the surface chemistry and adsorptive properties of active carbon previously oxidised and heat-treated at various temperatures. I. Physicochemical properties of the modified carbon surface
KR101997135B1 (ko) 구리가 도핑된 페로브스카이트형 구조의 금속 산화물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 제한전류형 가스센서
JP2002037606A (ja) 光触媒を用いた物質変換方法
CN113533450B (zh) 一种敏感电极、甲醛柔性传感器及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200512

Assignee: NANTONG HAOYOU FOOD ADDITIVES Co.,Ltd.

Assignor: NANTONG University

Contract record no.: X2023320000033

Denomination of invention: A black phosphorus-TiO2nanotube/Ti sensitive electrode hydrogen sulfide sensor

Granted publication date: 20210803

License type: Common License

Record date: 20230111

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230829

Address after: 226000 No. 9 Siyuan Road, Chongchuan District, Nantong City, Jiangsu Province

Patentee after: Nantong University Technology Transfer Center Co.,Ltd.

Address before: 226019 Jiangsu city of Nantong province sik Road No. 9

Patentee before: NANTONG University

TR01 Transfer of patent right