CN113072062B - 一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用 - Google Patents

一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113072062B
CN113072062B CN202110318899.1A CN202110318899A CN113072062B CN 113072062 B CN113072062 B CN 113072062B CN 202110318899 A CN202110318899 A CN 202110318899A CN 113072062 B CN113072062 B CN 113072062B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene quantum
chlorella
quantum dot
composite film
zno
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.)
Active
Application number
CN202110318899.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113072062A (zh
Inventor
邵绍峰
林纪栋
夏雨萱
刘星宇
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.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
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 Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN202110318899.1A priority Critical patent/CN113072062B/zh
Publication of CN113072062A publication Critical patent/CN113072062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113072062B publication Critical patent/CN113072062B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G9/00—Compounds of zinc
    • C01G9/02—Oxides; Hydroxides
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用，该薄膜括元素占比为15～21％的氧化锌纳米晶粒、60～69％的碳化小球藻、4～10％的石墨烯量子点和2～10％铂纳米颗粒；该薄膜的制备方法包括以下步骤：(1)制备碳化小球藻；(2)制备铂纳米颗粒低碳醇溶液；(3)将锌前驱体和石墨烯量子点加入低碳醇中搅拌均匀，再进行超声分散，加入铂纳米颗粒，再超声分散均匀制得混合液；(4)加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；(5)在具有叉指电极的器件基底上旋涂混合溶液，依次进行后置热处理、氧等离子体处理；(6)热处理，即得复合薄膜。该薄膜灵敏度高、检出限低，对浓度为50ppb的甲醇灵敏度为3.3，对于甲醇具有极佳的选择性。

Description

一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及一种复合薄膜及其制备方法与应用，更具体地，涉及一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用。
背景技术
空气污染与水污染、土壤污染是威胁人类正常生活的三大污染，近年来随着工业的发展、人口的增加空气污染变得越来越严重，特别是室内挥发性有机物VOCs污染，加之人们多数时间身处室内，VOCs超标已经严重威胁到普通人的健康生活。此外，人呼出气体中的痕量挥发性有机化合物中的某些内源性VOCs可作为临床生物标志物。在当前复杂空气污染环境下，无论对于呼出气体的分析还是环境暴露评估，呼出气体中内源性VOCs的准确标定都非常重要。其中呼出气体中甲醇已被确定为神经系统疾病的生物标记物。半导体气体传感器是一种常见的气体传感器，因其具有可微型化、可实时监测、使用简单、价格低廉、精度较高等优势，而被广泛应用于需要实时监测气体的场所；但基于金属氧化物半导体的气体传感器往往需要较高的工作温度(200～400℃)才可以使器件获得较好的传感性能，同时这类气体传感器的气敏材料所表现出的气敏性能往往很差，响应不稳定可靠、相应速度慢、灵敏度低、选择性差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种具有高灵敏度、高特异性和低干扰性能的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜，本发明的另一目的是提供该复合薄膜的制备方法，本发明的另一目的是提供该复合薄膜的应用。
技术方案：本发明所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜，包括元素占比为15～21％的氧化锌纳米晶粒、60～69％的碳化小球藻、4～10％的石墨烯量子点和2～10％铂纳米颗粒。
其中，石墨烯量子点为氮掺杂石墨烯量子点、氯基化石墨烯量子点或硫掺杂石墨烯量子点，碳化小球藻的粒径为200nm～1um，氧化锌纳米晶粒的尺寸为3～4nm，所述功能化石墨烯量子点的粒径为4～6nm，铂纳米颗粒的粒径为4～8nm。
本发明所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)制备碳化小球藻；(2)利用氯铂酸制备铂纳米颗粒，并制备铂纳米颗粒低碳醇溶液；
(3)将锌前驱体和石墨烯量子点加入低碳醇中搅拌均匀，再进行超声分散，加入铂纳米颗粒，再超声分散均匀制得混合液；
(4)将混合液旋转蒸发，浓缩至1/4～1/2，加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；
(5)在具有叉指电极的器件基底上旋涂混合溶液，加热干燥后依次进行后置热处理、氧等离子体处理，得到干燥样品；
(6)将干燥样品置于惰性气体下热处理，即得石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜。
其中，步骤2包括以下步骤：
(21)向烧杯中加入体积比为1：1.2～2.4：5的氯铂酸溶液、PVP溶液和二甲亚砜DMSO混合均匀，其中氯铂酸溶液和PVP溶液的浓度分别为5×10-3～5×10-2mol/L、1×10-4～1×10-3mol/L；
(22)向混合溶液中加入浓度为6×10-3～6×10-2mol/L的抗坏血酸钠溶液加热搅拌，抗坏血酸钠溶液与氯铂酸溶液体积比为1.5～2：1；
(23)将样品进行离心分离、丙酮清洗、乙醇清洗，得到铂纳米颗粒；
(24)将铂纳米颗粒在超声作用下分散到低碳醇中，得到铂纳米颗粒低碳醇溶液。
其中，步骤3中锌前驱体为乙酸锌，丙烯酸锌或甲基丙烯酸锌，石墨烯量子点为氮掺杂石墨烯量子点、氯基化石墨烯量子点或硫掺杂石墨烯量子点，低碳醇为乙二醇、丙醇和异丙醇中的至少一种。
其中，步骤3中锌前驱体、石墨烯量子点的质量比为25～130：1～5，石墨烯量子点和铂纳米颗粒的质量比为12～18：3～5。
其中，步骤4中碳化小球藻与铂纳米颗粒的质量比为质量比为6～12：1。
本发明所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜能够作为敏感层应用在气敏传感器中，其中气敏传感器为甲醇气敏传感器。
工作原理：形成复合薄膜的过程中运用后置热蒸的方法使小球藻、氧化锌量子晶和石墨烯量子点三者稳定形成异质结，在制备过程成三者的相对位置是固定的，因此，小球藻、石墨烯量子点和氧化锌纳米晶粒能够均匀分布在复合薄膜中，形成众多异质结，复合薄膜拥有较大的比表面积，同时小球藻与氧化锌在复合薄膜表面形成众多突起，增强了薄膜与气体的接触，小球藻本身具有多级结构，也有利于甲醇在内外表面的扩散，在异质结界面处发生传感响应，此外，氧化锌纳米晶粒堆积形成的纳米孔，形成与气体的二次接触，复合传感材料所形成的多级结构，量子晶粒与小球藻之间存在众多的界面，意味着界面能较大，电阻也较大，在对VOCs气体响应的时候其电阻的变化会更大，因此相较于其他纳米材料具有更高的灵敏度。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、灵敏度高、检出限低，对浓度为50ppb的甲醇灵敏度为3.3；2、能够检出众多VOCs气体种类，重复性好；3、对于甲醇具有极佳的选择性，响应以及恢复速度快，其中响应和恢复时间均为10秒以内；4、体积小，能够实现器件的微型化、集成化，制造成本低。
附图说明
图1是实施例1的SEM图；
图2是实施例1的扫描电镜图：(a)TEM图；(b)HRTEM图；
图3是实施例1的X射线衍射图谱；
图4是实施例1的Raman图；
图5是实施例1的性能测试图：(a)对不同浓度正丁醇响应图；(b)拟合图；
图6是实施例1的传感选择性测试图；
图7是实施例2的传感性能拟合图；
图8是实施例2的传感选择性测试图；
图9是实施例3的传感性能拟合图；
图10是实施例3的传感选择性测试图。
具体实施方式
实施例1
(1)将盛有小球藻的陶瓷舟放入管式炉中，进行抽真空后保持10分钟，再通入氮气，保持气体流量200SCCM，接着在850℃高温焙烧2小时，得到碳化小球藻；
(2)向烧杯中加入5mL浓度为3.0×10-2mol/L的氯铂酸溶液、12mL浓度为6×10- 4mol/L的PVP溶液和25mL二甲亚砜DMSO，将混合物在70℃搅拌10分钟，加入7.5mL 3.0×10- 2mol/L的抗坏血酸钠溶液，在70℃下搅拌10分钟，冷却至室温，将冷却后的样品进行离心分离，用丙酮洗涤三次，并用乙醇洗涤一次，得到铂纳米颗粒；将15mg铂纳米颗粒通过超声分散在3mL乙二醇中，得到浓度为5mg/mL铂纳米颗粒乙二醇溶液；
(3)将1g乙酸锌和70mg氮掺杂石墨烯量子点加入8mL乙二醇中常温磁力搅拌30小时，再进行超声分散12分钟，接着加入1mL浓度为5mg/mL的铂纳米颗粒乙二醇溶液，再超声分散12分钟均匀制得混合液；
(4)旋转蒸发混合液，当溶液降至3mL，加入40mg碳化小球藻，加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；
(5)在基底上旋涂镀膜后在70℃左右干燥2小时，重复镀膜4次并烘干，将样品放入密闭容器中，调控容器内部湿度为75％和温度120℃，处理36小时后取出器件，常温下对传感器件进行氧等离子处理12分钟，其中，基底为：硅衬底，硅衬底上沉积有二氧化硅，再沉积钛层和铂层，最后再在表面刻蚀金叉指电极；
(6)将样品置于在氮气中于400℃下焙烧2小时得到石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜。
如图1所示，复合薄膜中碳化小球藻较均匀的分散在薄膜材料上，粒径范围为200nm～1um，同时，Pt纳米颗粒也均匀分散在薄膜材料内，如图2(a)所示，碳化小球藻与氧化锌薄膜具有良好的结构，薄膜自身具有介孔结构，小球藻自身具有多孔结构，如图2(b)所示，氧化锌纳米颗粒分布均匀，颗粒尺寸为3～4nm，如图3所示，氧化锌晶粒结晶度良好，晶粒尺寸为3.5nm，如图4所示，复合薄膜中氧化锌结晶度良好，碳材料在复合材料中具有比较大的比例，根据XPS表面元素分析得氧化锌元素占比为15％，Pt元素占比为5％，碳化小球藻元素占比为70％，以及石墨烯量子点元素占比为10％。
对石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的气敏传感器进行甲醇响应性能测试，将气敏传感器在一定的电流下工作，等到初始基线平稳之后，再通入相应浓度的甲醇气体，待气敏传感器电阻下降并达到平衡之后，向测试腔体内通入空气，直到基线重新恢复稳定，相应的气敏测试数据由电脑采集，气敏测试完成。石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的气敏传感器在50℃下对浓度为50ppb-5ppm(50ppb，100ppb，200ppb，300ppb，400ppb，500ppb，1ppm，2ppm，和5ppm)的甲醇的实时响应曲线如图5(a)、图5(b)所示，可以看出，随着甲醇气体浓度的增加，石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的气敏传感器的表面呈现快速增大趋势，当甲醇浓度由50ppb升高至5ppm时，灵敏度由3.3升至26.2，石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的气敏传感器对甲醇的输出特性曲线的相关特性很好，响应以及恢复速度快，其中响应和恢复时间均为10秒以内。
对石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的气敏传感器进行气体选择性测试，先将石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的气敏传感器在50℃下工作，等到初始基线平稳之后，再通入湿度为90％的100ppb甲醇气体，待气敏传感器电阻下降并达到平衡之后，向测试腔体内通入空气，直到基线重新恢复稳定，气敏测试完成。在相同的测试条件下，分别通入浓度为100ppb的乙醇、异丙醇、丙酮、甲醛、苯、甲苯、乙醚、氨气，从图6可以看出气敏传感器对甲醇的灵敏度远高于对乙醇、异丙醇、丙酮、甲醛、苯、甲苯、乙醚、氨气的灵敏度，是其他目标气体灵敏度的3倍以上，这表明石墨烯量子点功能化氧化锌/小球藻复合材料气敏传感器对甲醇体具有优异的选择性。
实施例2
(1)将盛有小球藻的陶瓷舟放入管式炉中，进行抽真空后保持10分钟，再通入氮气，保持气体流量200SCCM，接着在800℃高温焙烧2.5小时，得到碳化小球藻；
(2)向烧杯中加入5mL浓度为3.0×10-2mol/L的氯铂酸溶液、6mL浓度为6×10- 4mol/L的PVP溶液和25mL二甲亚砜DMSO，将混合物在70℃搅拌10分钟，加入7.5mL 3.0×10- 2mol/L的抗坏血酸钠溶液，在70℃下搅拌10分钟，冷却至室温，将冷却后的样品进行离心分离，用丙酮洗涤三次，并用乙醇洗涤一次，得到铂纳米颗粒；将15mg铂纳米颗粒通过超声分散在3mL乙二醇中，得到浓度为5mg/mL铂纳米颗粒乙二醇溶液；
(3)将1g丙烯酸锌和70mg硫掺杂石墨烯量子点加入10mL乙二醇中常温磁力搅拌36小时，再进行超声分散10分钟，接着加入1mL浓度为5mg/mL的铂纳米颗粒乙二醇溶液，再超声分散15分钟均匀制得混合液；
(4)旋转蒸发混合液，当溶液降至5mL，加入30mg碳化小球藻，加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；
(5)在基底上旋涂镀膜后在60℃左右干燥2小时，重复镀膜4次并烘干，将样品放入密闭容器中，调控容器内部湿度为85％和温度140℃，处理32小时后取出器件，常温下对传感器件进行氧等离子处理10分钟，其中，基底为：硅衬底，硅衬底上沉积有二氧化硅，再沉积钛层和铂层，最后再在表面刻蚀金叉指电极；
(6)将样品置于在氮气中于350℃下焙烧2.5小时得到石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜。
其性能测试图如图7、图8所示，当正丁醛气体浓度为20ppb-10ppm时，石墨烯量子点功能化氧化锌/小球藻复合材料传感器对正丁醛的输出特性曲线也显示良好的相关特性，对正丁醛的灵敏度远高于对氨气、丙酮、苯、甲苯、乙醇、乙醚、异丙醇的灵敏度，是其他目标气体灵敏度的4倍以上，说明该气敏传感器对正丁醛气体具有保持良好的选择性。
实施例3
(1)将盛有小球藻的陶瓷舟放入管式炉中，进行抽真空后保持10分钟，再通入氮气，保持气体流量200SCCM，接着在900℃高温焙烧1.5小时，得到碳化小球藻；
(2)向烧杯中加入10mL浓度为3.0×10-2mol/L的氯铂酸溶液、20mL浓度为6×10- 4mol/L的PVP溶液和50mL二甲亚砜DMSO，将混合物在70℃搅拌8分钟，加入15mL 3.0×10- 2mol/L的抗坏血酸钠溶液，在70℃下搅拌8分钟，冷却至室温，将冷却后的样品进行离心分离，用丙酮洗涤三次，并用乙醇洗涤一次，得到铂纳米颗粒；将15mg铂纳米颗粒通过超声分散在3mL乙二醇中，得到浓度为5mg/mL铂纳米颗粒乙二醇溶液；
(3)将1g甲基丙烯酸锌和60mg硫掺杂石墨烯量子点加入6mL乙二醇中常温磁力搅拌24小时，再进行超声分散15分钟，接着加入1mL浓度为5mg/mL的铂纳米颗粒乙二醇溶液，再超声分散15分钟均匀制得混合液；
(4)旋转蒸发混合液，当溶液降至2mL，加入60mg碳化小球藻，加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；
(5)在基底上旋涂镀膜后在80℃左右干燥2小时，重复镀膜4次并烘干，将样品放入密闭容器中，调控容器内部湿度为95％和温度160℃，处理28小时后取出器件，常温下对传感器件进行氧等离子处理15分钟，其中，基底为：硅衬底，硅衬底上沉积有二氧化硅，再沉积钛层和铂层，最后再在表面刻蚀金叉指电极；
(6)将样品置于在氮气中于450℃下焙烧1.5小时得到石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜。
其性能测试图如图9、图10所示，当甲醇气体浓度为50ppb-5ppm时，石墨烯量子点功能化氧化锌/小球藻复合材料传感器对甲醇的输出特性曲线也显示良好的相关特性，对甲醇的灵敏度远高于对乙醇、异丙醇、丙酮、甲醛、苯、甲苯、乙醚、氨气的灵敏度，是其他目标气体灵敏度的3倍以上，说明该气敏传感器对甲醇气体具有保持良好的选择性。

Claims (6)

1.一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜在气敏传感器上作为敏感层的应用，其特征在于，所述石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜包括元素占比为15～21％的氧化锌纳米晶粒、60～69％的碳化小球藻、4～10％的石墨烯量子点和2～10％铂纳米颗粒；
所述石墨烯量子点为氮掺杂石墨烯量子点、氯基化石墨烯量子点或硫掺杂石墨烯量子点；
所述碳化小球藻的粒径为200nm～1μm，所述氧化锌纳米晶粒的尺寸为3～4nm，所述功能化石墨烯量子点的粒径为4～6nm，所述铂纳米颗粒的粒径为4～8nm；
所述气敏传感器为甲醇气敏传感器。
2.根据权利要求1所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜在气敏传感器上作为敏感层的应用，其特征在于，所述石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将小球藻在惰性气体保护下进行焙烧，得到碳化小球藻；
(2)利用氯铂酸制备铂纳米颗粒，并制备铂纳米颗粒低碳醇溶液；
(3)将锌前驱体和石墨烯量子点加入低碳醇中搅拌均匀，再进行超声分散，加入铂纳米颗粒，再超声分散均匀制得混合液；
(4)将混合液旋转蒸发，浓缩至原体积的1/4～1/2，加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；
(5)在具有叉指电极的器件基底上旋涂混合溶液，加热干燥后依次进行后置热处理、氧等离子体处理，得到干燥样品；
(6)将干燥样品置于惰性气体下热处理，即得石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜。
3.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜在气敏传感器上作为敏感层的应用，其特征在于，所述步骤（2）包括以下步骤：
(21)向烧杯中加入体积比为1：1.2～2.4：5的氯铂酸溶液、PVP溶液和二甲亚砜DMSO混合均匀，其中氯铂酸溶液和PVP溶液的浓度分别为5×10 -3 ～5×10 -2 mol/L、1×10 -4～1×10 - 3 mol/L；
(22)向混合溶液中加入浓度为6×10 -3 ～6×10 -2 mol/L的抗坏血酸钠溶液加热搅拌，抗坏血酸钠溶液与氯铂酸溶液体积比为1.5～2：1；
(23)将样品进行离心分离、丙酮清洗、乙醇清洗，得到铂纳米颗粒；
(24)将铂纳米颗粒在超声作用下分散到低碳醇中，得到铂纳米颗粒低碳醇溶液。
4.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜在气敏传感器上作为敏感层的应用，其特征在于，所述步骤（3）中锌前驱体为乙酸锌，丙烯酸锌或甲基丙烯酸锌，石墨烯量子点为氮掺杂石墨烯量子点、氯基化石墨烯量子点或硫掺杂石墨烯量子点，低碳醇为乙二醇、丙醇和异丙醇中的至少一种。
5.根据权利要求2或3所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜在气敏传感器上作为敏感层的应用，其特征在于，所述步骤（3）中锌前驱体、石墨烯量子点的质量比为25～130：1～5，石墨烯量子点和铂纳米颗粒的质量比为12～18：1～5。
6.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜在气敏传感器上作为敏感层的应用，其特征在于，所述步骤（4）中碳化小球藻与铂纳米颗粒的质量比为6～12：1。
CN202110318899.1A 2021-03-25 2021-03-25 一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用 Active CN113072062B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110318899.1A CN113072062B (zh) 2021-03-25 2021-03-25 一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110318899.1A CN113072062B (zh) 2021-03-25 2021-03-25 一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113072062A CN113072062A (zh) 2021-07-06
CN113072062B true CN113072062B (zh) 2023-09-22

Family

ID=76611715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110318899.1A Active CN113072062B (zh) 2021-03-25 2021-03-25 一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113072062B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108398408A (zh) * 2018-02-02 2018-08-14 上海理工大学 一种用于甲醛气体检测的复合气敏材料及其制备方法
CN108956743A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种可用金纳米粒子增强的场效应晶体管生物传感器的制备方法及其检测方法
CN111945138A (zh) * 2020-08-17 2020-11-17 南京信息工程大学 一种基于石墨烯量子点功能化二氧化钛/小球藻纳米复合材料及其制备方法与应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009515679A (ja) * 2005-11-14 2009-04-16 エージェンシー フォー サイエンス， テクノロジー アンド リサーチ 高分散金属触媒
US20160355411A1 (en) * 2015-05-12 2016-12-08 Fahs Stagemyer, Llc Portable water treatment system using precise energy separation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108398408A (zh) * 2018-02-02 2018-08-14 上海理工大学 一种用于甲醛气体检测的复合气敏材料及其制备方法
CN108956743A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 中国电子科技集团公司第四十九研究所 一种可用金纳米粒子增强的场效应晶体管生物传感器的制备方法及其检测方法
CN111945138A (zh) * 2020-08-17 2020-11-17 南京信息工程大学 一种基于石墨烯量子点功能化二氧化钛/小球藻纳米复合材料及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴涛.量子点掺杂介孔氧化钛薄膜的制备及其光增强传感研究.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》.2018,(第03期),第2页、章节3.1第20页. *
吴涛等.基于Pt-GQDs双掺杂的TiO2介孔复合材料制备及其光学与传感性能.《电子元件与材料》.2017,(第3期),全文. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113072062A (zh) 2021-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Urasinska-Wojcik et al. Ultrasensitive WO3 gas sensors for NO2 detection in air and low oxygen environment
WO2018082585A1 (zh) 一种多孔氧化锌纳米片负载高分散纳米贵金属复合气敏材料的合成方法
Hübner et al. Influence of humidity on CO sensing with p-type CuO thick film gas sensors
CN111945138B (zh) 一种基于石墨烯量子点功能化二氧化钛/小球藻纳米复合材料及其制备方法与应用
Gautam et al. Silicon nanowires/reduced graphene oxide nanocomposite based novel sensor platform for detection of cyclohexane and formaldehyde
WO2019049693A1 (ja) ホルムアルデヒド検知センサ、および、それを用いたシステム
Fu Sensing behavior of CdS nanoparticles to SO2, H2S and NH3 at room temperature
Fu Silver sulfide-based sensor for the selective determination of ammonia at room temperature
CN112014445A (zh) 一种三元复合材料及其应用
CN107091860A (zh) 基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器及其制备方法和用途
CN113219036A (zh) 一种基于碳化钛MXene场效应晶体管的银离子传感器及其应用
US11237127B1 (en) Nanocomposite as an electrochemical sensor
CN111285409A (zh) 基于单层有序氧化锡纳米碗支化氧化铁纳米棒结构的气敏纳米材料、制备工艺及其应用
CN113072062B (zh) 一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用
CN111024777B (zh) 一种修饰氧化锡的传感器及其制备方法和在氮氧化物气敏检测中的应用
Cobianu et al. Room temperature chemiresistive ethanol detection by ternary nanocomposites of oxidized single wall carbon nanohorn (ox-SWCNH)
Starke et al. High sensitivity ozone sensors for environmental monitoring produced using laser ablated nanocrystalline metal oxides
CN113075266B (zh) 一种NGQD/Fe2O3/石墨烯泡沫复合薄膜及其制备方法与应用
US11673122B2 (en) Gas sensor using metal oxide semiconducting nanofiber sensitized by alkali or alkaline earth metal and noble metal catalysts, and manufacturing method thereof
Kulhari et al. Detection and characterization of CO gas using LTCC micro-hotplates
CN115015328A (zh) 一种基于PtAu合金纳米晶修饰的花状WO3敏感材料的正戊醇气体传感器及其制备方法
Priya et al. Facet-dependent gas sensing properties of metal oxide nanostructures
CN110361434B (zh) 一种对极低浓度丙酮敏感的氧化锌/硫化钼薄膜
KR20220048652A (ko) 산화아연 나노시트(ZnO Nanosheet)로 도핑된 그래핀을 이용한 고감도 이산화질소 가스센서 및 이의 제조 방법
RU2528032C2 (ru) Способ изготовления чувствительного элемента датчиков газов с углеродными нанотрубками

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