CN112362702B - 一种在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏材料 - Google Patents

一种在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏材料，属于气敏材料技术领域。所述复合气敏材料是g‑C3N4‑CuGaO2，其由微小的CuGaO2粒子附着在g‑C3N4纳米片上构成；所述复合气敏材料通过水热法制备，g‑C3N4和CuGaO2的物质的量比为0.1～1.0:1。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏元件，在室温下，元件对100ppm甲苯灵敏度达到20‑28，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过200s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于3.0，对甲苯检测限低至0.01ppm。

Description

一种在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏 材料
技术领域
本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种对甲苯在室温下高气敏选择性和低检出限的g-C3N4-CuGaO2复合气敏材料。
背景技术
甲苯是室内装修和化工生产过程中释放出来的有毒有害气体之一，人类如果经常接触甲苯可能会引起头痛、头晕和昏迷等不良症状，甚至严重损害肾脏。人呼出气体中也含有甲苯，正常人呼出气中甲苯浓度在5-20ppb之间，而肺癌病人呼出气中甲苯浓度在20-30ppb之间。因此，检测低浓度甲苯对于环境检测和肺癌辅助诊断有非常重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于在室温检测空气中甲苯的高灵敏度、高选择性和低检出限的气体敏感材料，该材料可以消除乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯等对检测甲苯的干扰，提供一种快速检测空气中甲苯气体浓度的材料。
本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏材料，该复合气敏材料是g-C3N4-CuGaO2，其由微小的CuGaO2粒子附着在g-C3N4纳米片上构成；所述复合气敏材料通过水热法制备，g-C3N4和CuGaO2的物质的量比为0.1～1.0∶1。
所述复合气敏材料对100ppm甲苯灵敏度达到20-28，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过200s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于3.0；该复合气敏材料对甲苯检测限低至0.01ppm。
本发明同时提供了上述复合气敏材料的水热法制备方法，具体包括如下步骤：
(1)在N2氛围中将三聚氰胺放于管式炉中，以2℃/min的升温速率加热到550℃，并保温4h，得到橙黄色C3N4粉体，研磨备用；取上述C3N4粉体放于烧杯中，再往烧杯中加入浓硫酸，室温下搅拌，使C3N4在浓硫酸中充分剥离；然后将混合溶液倒入去离子中，进行超声分散，再反复离心洗涤直至溶液pH为中性，干燥，获得g-C3N4纳米片。
(2)分别称取等摩尔的Cu(NO3)2·3H2O、Ga(NO3)3·9H2O，加入到装有去离子水的烧杯中，再量取乙二醇(EG)加入到烧杯中，搅拌均匀得混合液。
(3)称取步骤(1)制备的g-C3N4并加入到步骤(2)制备的混合液中，搅拌、超声分散，再滴加NaOH调节混合液的pH至8.0，继续搅拌，然后将混合液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在140-220℃的条件下反应72h；待反应釜冷却至室温后，将得到的沉淀物过滤、洗涤、干燥得到复合气敏材料。
本发明的材料可以作为甲苯气体敏感元件的敏感材料，利用该材料制作旁热式气敏元件的方法是：将0.1克材料与0.5克松油醇混合研磨制成浆料，用小毛刷将浆料涂到氧化铝陶瓷管的表面；氧化铝陶瓷管的尺寸是：长6毫米，内径1.6毫米，外径2毫米，在氧化铝管两端用金浆电极，电极上焊有金丝作为引线，电极之间距离是1毫米；在氧化铝管内放置镍铬合金丝作为加热丝，通过控制流过加热丝的电流和加热丝两端电压可以控制氧化铝管表面敏感材料的工作温度；将涂有敏感材料浆料的氧化铝管放在红外灯下烘干，即得到旁热式气敏元件。元件对某种气体的灵敏度是在工作温度下，元件在空气中电阻与元件在被测气体中电阻的比值。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明复合气敏材料在室温下对甲苯气体具有高气敏选择性和低检出限；其作为敏感材料制备的敏感元件，在室温下元件对100ppm甲苯灵敏度(空气中阻值Ra与气体中阻值Rg的比值)达到20-28，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过200s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于3.0，对甲苯检测限低至0.01ppm。这表明：该复合气敏材料可以消除乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯等对检测甲苯的干扰，并且可以快速检测空气中甲苯气体的浓度。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
分别称取1.20mmol Cu(NO3)2·3H2O、1.20mmol Ga(NO3)3·9H2O(nCu∶nGa＝1∶1)，加入到装有30mL去离子水的烧杯中，再量取10ml乙二醇(EG)加入到烧杯中，搅拌均匀。称取g-C3N4(g-C3N4与CuGaO2物质的量比0.1)并加入到上述混合液中，搅拌2h，超声分散10h，再滴加NaOH调节混合液的pH至8.0，继续搅拌12h，将混合液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在140℃的条件下反应72h。待反应釜冷却至室温后，将得到的沉淀物过滤、用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后放入80℃的烘箱中干燥12h得到g-C3N4-CuGaO2气敏材料。
将材料制成旁热式元件，在室温下元件对100ppm甲苯灵敏度(空气中阻值Ra与气体中阻值Rg的比值)达到20，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过100s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于3.0，对甲苯检测限低至0.02ppm。
实施例2
分别称取1.20mmol Cu(NO3)2·3H2O、1.20mmol Ga(NO3)3·9H2O(nCu∶nGa＝1∶1)，加入到装有30mL去离子水的烧杯中，再量取10ml乙二醇(EG)加入到烧杯中，搅拌均匀。称取g-C3N4(g-C3N4与CuGaO2物质的量比0.3)并加入到上述混合液中，搅拌2h，超声分散10h，再滴加NaOH调节混合液的pH至8.0，继续搅拌12h，将混合液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的条件下反应72h。待反应釜冷却至室温后，将得到的沉淀物过滤、用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后放入80℃的烘箱中干燥12h得到g-C3N4-CuGaO2气敏材料。
将材料制成旁热式元件，在室温下元件对100ppm甲苯灵敏度(空气中阻值Ra与气体中阻值Rg的比值)达到25，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过80s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于2.5，对甲苯检测限低至0.01ppm。
实施例3
分别称取1.20mmol Cu(NO3)2·3H2O、1.20mmol Ga(NO3)3·9H2O(nCu∶nGa＝1∶1)，加入到装有30mL去离子水的烧杯中，再量取10ml乙二醇(EG)加入到烧杯中，搅拌均匀。称取g-C3N4(g-C3N4与CuGaO2物质的量比0.1)并加入到上述混合液中，搅拌2h，超声分散10h，再滴加NaOH调节混合液的pH至8.0，继续搅拌12h，将混合液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃的条件下反应72h。待反应釜冷却至室温后，将得到的沉淀物过滤、用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后放入80℃的烘箱中干燥12h得到g-C3N4-CuGaO2气敏材料。
将材料制成旁热式元件，在室温下元件对100ppm甲苯灵敏度(空气中阻值Ra与气体中阻值Rg的比值)达到26，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过60s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于2.1，对甲苯检测限低至0.01ppm。
实施例4
分别称取1.20mmol Cu(NO3)2·3H2O、1.20mmol Ga(NO3)3·9H2O(nCu∶nGa＝1∶1)，加入到装有30mL去离子水的烧杯中，再量取10ml乙二醇(EG)加入到烧杯中，搅拌均匀。称取g-C3N4(g-C3N4与CuGaO2物质的量比0.1)并加入到上述混合液中，搅拌2h，超声分散10h，再滴加NaOH调节混合液的pH至8.0，继续搅拌12h，将混合液转移到100mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在220℃的条件下反应72h。待反应釜冷却至室温后，将得到的沉淀物过滤、用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，然后放入80℃的烘箱中干燥12h得到g-C3N4-CuGaO2气敏材料。
将材料制成旁热式元件，在室温下元件对100ppm甲苯灵敏度(空气中阻值Ra与气体中阻值Rg的比值)达到28，对100ppm甲苯的响应和恢复时间不超过200s，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于2.4，对甲苯检测限低至0.01ppm。

Claims (3)

1.一种在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏材料，其特征在于，该复合气敏材料是g-C3N4-CuGaO2，其由微小的CuGaO2粒子附着在g-C3N4纳米片上构成；所述复合气敏材料通过水热法制备，g-C3N4和CuGaO2的物质的量比为0.1～0.3 : 1；
该复合气敏材料对100 ppm甲苯灵敏度达到20-28，对100 ppm甲苯的响应和恢复时间不超过200 s，并且在相同的工作温度下对100 ppm乙醇、乙酸、三甲胺、丙酮、乙醛、甲醛、氨气和苯的灵敏度均低于3.0；该复合气敏材料对甲苯检测限低至0.01ppm。
2.如权利要求1所述的在室温下对甲苯高气敏选择性和低检出限的复合气敏材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在N2氛围中将三聚氰胺放于管式炉中，以2℃/min的升温速率加热到550℃，并保温4h，得到橙黄色C3N4粉体，研磨备用；取上述C3N4粉体放于烧杯中，再往烧杯中加入浓硫酸，室温下搅拌，使C3N4在浓硫酸中充分剥离；然后将混合溶液倒入去离子中，进行超声分散，再反复离心洗涤直至溶液pH为中性，干燥，获得g-C3N4纳米片；
（2）分别称取等摩尔的Cu(NO3)2·3H2O、Ga(NO3)3·9H2O，加入到装有去离子水的烧杯中，再量取乙二醇(EG)加入到烧杯中，搅拌均匀得混合液；
（3）称取步骤（1）制备的g-C3N4并加入到步骤（2）制备的混合液中，搅拌、超声分散，再滴加NaOH调节混合液的pH至8.0，继续搅拌，然后将混合液转移到100 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在140-220℃的条件下反应72 h；待反应釜冷却至室温后，将得到的沉淀物过滤、洗涤、干燥得到复合气敏材料。
3.如权利要求1所述的复合气敏材料作为对甲苯气体的敏感材料在制作旁热式气敏元件中的应用。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112986341B (zh) * 2021-02-20 2023-08-01 谷占勇 气敏材料及其制备方法、气敏装置及其制备方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105259214A (zh) * 2015-10-31 2016-01-20 武汉工程大学 甲苯、二甲苯气敏材料及其制备以及甲苯、二甲苯气敏器件的制备方法
CN105572176B (zh) * 2016-02-25 2018-04-03 济南大学 一种基于非贵金属掺杂复合材料的甲苯气体传感器的制备方法及应用
CN106053549B (zh) * 2016-05-30 2019-02-19 安徽工业大学 一种用于检测低浓度丙酮的气敏材料
CN107055591A (zh) * 2017-04-29 2017-08-18 复旦大学 一种半导体CuGaS2六边形片状纳米晶体的制备方法
CN108693221B (zh) * 2018-04-18 2020-09-11 安徽工业大学 一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料
CN108918600B (zh) * 2018-05-14 2020-09-18 安徽工业大学 一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料
CN108918601B (zh) * 2018-05-14 2020-10-09 安徽工业大学 一种用于检测低浓度丙酮气体的氧化钨复合气敏材料
CN108760833B (zh) * 2018-05-23 2020-10-09 上海理工大学 一种用于检测丙酮气体的敏感材料及其制备方法
CN108844999B (zh) * 2018-07-11 2021-03-12 山东大学 用于检测VOCs的利用g-C3N4修饰的多孔氧化锌纳米片复合气敏材料的合成方法
CN109001266B (zh) * 2018-09-10 2020-11-24 安徽工业大学 一种对乙酸气体高灵敏度高选择性的复合气敏材料
CN109490377B (zh) * 2018-12-03 2020-09-18 安徽工业大学 一种对乙酸气体高气敏选择性的锡酸钡纳米管气敏材料
CN109490376A (zh) * 2018-12-03 2019-03-19 安徽工业大学 一种对甲醛气体高选择性的石墨烯-ZnGa2O4复合气敏材料
CN109490378B (zh) * 2018-12-03 2021-02-05 安徽工业大学 一种对丙酮气体高气敏选择性的铁酸锌纳米纤维气敏材料
CN110044971B (zh) * 2019-04-16 2021-11-23 蚌埠学院 一种气敏材料，制备方法及其在气敏传感器中的应用
CN110095510B (zh) * 2019-05-28 2020-11-06 安徽工业大学 一种对甲醇气体高灵敏度和高选择性的Sm掺杂NiGa2O4复合材料
CN110133058B (zh) * 2019-05-28 2020-10-16 安徽工业大学 一种对乙酸气体高气敏选择性的La掺杂NiGa2O4纳米复合材料
CN110095512A (zh) * 2019-05-30 2019-08-06 安徽工业大学 一种对甲醛气体高选择性、低检测限和快速响应的镓酸镉纳米材料
CN110095513B (zh) * 2019-05-30 2021-01-01 安徽工业大学 一种对三甲胺气体高气敏选择性的g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料
CN110095511B (zh) * 2019-05-30 2021-02-02 安徽工业大学 一种对乙酸气体高灵敏度、高选择性和低检出限的G-MgGa2O4复合材料
CN111056835A (zh) * 2019-12-13 2020-04-24 浙江大学 一种p型CuGaO2透明导电薄膜的制备方法
CN111659434B (zh) * 2020-05-08 2023-04-07 东北大学 一种CuO纳米片/g-C3N4纳米片异质结复合材料制备方法及应用

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