CN115165978B - 一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 - Google Patents
一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115165978B CN115165978B CN202210809947.1A CN202210809947A CN115165978B CN 115165978 B CN115165978 B CN 115165978B CN 202210809947 A CN202210809947 A CN 202210809947A CN 115165978 B CN115165978 B CN 115165978B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sno
- pdru
- bimetallic
- ceramic tube
- nano particles
- 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
Links
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 96
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 58
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 5
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 5
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3] YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- ABKQFSYGIHQQLS-UHFFFAOYSA-J sodium tetrachloropalladate Chemical compound [Na+].[Na+].Cl[Pd+2](Cl)(Cl)Cl ABKQFSYGIHQQLS-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 claims 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims 1
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 abstract description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrachloride;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl KHMOASUYFVRATF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010015946 Eye irritation Diseases 0.000 description 1
- 206010019233 Headaches Diseases 0.000 description 1
- 206010028813 Nausea Diseases 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 231100000013 eye irritation Toxicity 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 231100000869 headache Toxicity 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000008693 nausea Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000075 skin burn Toxicity 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法，属于半导体氧化物气体传感器技术领域。由外表面带有2条环状金电极的氧化铝陶瓷管衬底、涂覆在金电极和氧化铝陶瓷管外表面上的双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2材料敏感层以及位于氧化铝陶瓷管衬底内部的镍铬加热丝组成。SnO2形貌为聚集的纳米球结构，较小的粒径能提供更多的酸性位点，有利于碱性气体的吸附，较大的孔隙也使气体更容易通过。而PdRu纳米颗粒的加入，由于敏化作用和二者的协同作用，使反应增强。从而获得具有较好气敏响应、高选择性、较快响应恢复速度的气敏元件。
Description
技术领域
本发明属于半导体氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法。
背景技术
三乙胺是一种无色透明的挥发性有机化合物，广泛应用于化工和食品工业。然而，三乙胺蒸汽和空气可以形成爆炸性混合物，当暴露在高温或明火中时，可能会点燃甚至爆炸。而三乙胺毒性极强，能对人体健康造成极大损害，如皮肤灼伤、头痛、恶心、眼睛刺激，甚至死亡。三乙胺的检测方法有比色法、气相色谱法、光谱法等，但检测过程复杂，仪器昂贵，阻碍了其广阔的应用前景。因此，研制检测速度快、选择性好、响应快、简单便携的三乙胺传感器至关重要。
金属氧化物半导体气体传感器因其检测气体范围广、价格低、体积小等优点而得到了广泛的应用。然而，用于检测三乙胺的气体传感器仍存在一些问题，如工作温度高，响应恢复时间长，灵敏度低，选择性差。在众多金属氧化物半导体中，SnO2稳定性好，耐腐蚀，制备方法简单。作为一种典型的酸性氧化物，SnO2很容易检测到碱性气体。到目前为止，研究人员已经利用SnO2实现了三乙胺的检测。有研究表明，随着SnO2粒径的减小，SnO2表面的酸性位点数量增加，吸附增强，有望通过调节SnO2的粒径改变其选择性。然而，纯SnO2仍然存在灵敏度低的缺陷，不能满足实际情况。因此，对SnO2进行表面修饰是必要的。
加载贵金属(如Pt,Pd,Au,Ru)已被证明可以提高气体传感器的灵敏度。贵金属的传感机制可以从两个方面来解释：化学敏化和电子敏化。与单金属相比，由于协同效应，双金属用量较小即可获得更好的气敏性能，有利于提高催化剂的利用率。近年来，PdRu双金属纳米颗粒引起了研究者的关注，并在电化学领域得到了广泛的应用。然而，在气体传感器领域，它们还没有被研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法。
本发明在传统的气体传感金属半导体氧化物表面进行了改性，实现了对三乙胺气体的快速检测，并且具有较好的选择性。
本发明所述的一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的三乙胺传感器，由外表面带有2条环状金电极的氧化铝陶瓷管衬底、涂覆在金电极和氧化铝陶瓷管外表面上的敏感材料以及位于氧化铝陶瓷管衬底内部的镍铬加热丝组成，其特征在于：敏感材料为双金属PdRu纳米颗粒修饰的SnO2，且其由如下步骤制备得到，
(1)将0.8～1.2g五水氯化锡(SnCl4·5H2O)和1.0～1.4g葡萄糖(C6H12O6)溶于60～80mL去离子水中，将得到的混合物溶液转移到高压釜中，在170～190℃下加热15～20小时；自然冷却至室温后，将所得沉淀用去离子水和乙醇依次离心洗涤数次后收集，所得产物在50～70℃下干燥过夜；最后，在450～550℃下煅烧0.5～2.0小时，得到SnO2纳米颗粒；
(2)将420～460mg聚乙烯吡咯烷酮溶解在80～120mL三甘醇中，再在油浴中加热到180～220℃；室温搅拌下将0.4～0.6mmol四氯钯酸钠和0.4～0.6mL、1M氯化钌水溶液溶于40mL水中，然后在180～220℃下用滴液漏斗缓慢地将该溶液添加到聚乙烯吡咯烷酮的三甘醇溶液中，此过程需50～70分钟；冷却至室温后，将所得沉淀用丙酮和乙醇依次离心洗涤数次后收集，所得产物分散在乙醇中，得到双金属PdRu纳米颗粒乙醇分散液；
(3)将100mg步骤(1)得到的SnO2纳米颗粒超声分散于4～6mL乙醇中，将步骤(2)得到的PdRu纳米颗粒乙醇分散液加入其中，搅拌20～40分钟，双金属PdRu纳米颗粒为SnO2纳米颗粒质量的0.3～0.7％；最后，在50～70℃下干燥过夜，从而得到双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2材料。
这种基于PdRu-SnO2材料的三乙胺传感器，其特征在于：SnO2材料的形貌为纳米球形成的聚集体，纳米球粒径约为8.85nm，而双金属PdRu纳米颗粒修饰在SnO2表面，PdRu纳米颗粒尺寸约为10nm；由于PdRu与SnO2的功函数不同，二者间发生电子转移，形成肖特基势垒。
本发明所述的一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器的制备方法，其步骤如下：
①将10～20mg的PdRu纳米颗粒修饰的SnO2材料与1～3mL乙醇在研钵中混合均匀，然后用小刷子将得到的混合物均匀涂在长3.5～4.5mm、外径为1.1～1.3mm、内径为0.7～0.9mm的氧化铝陶瓷管外表面并覆盖金电极，再将氧化铝陶瓷管在250～350℃下烧结1.5～3.0h，以提高其机械强度；
②将烧结好的氧化铝陶瓷管焊接在六角底座上，并在氧化铝陶瓷管内部插入镍铬加热丝作为加热器以控制传感器的工作温度，从而得到本发明所述的基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器，老化(在220～280℃下进行)3天后进行气敏测试。
本发明制备的基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器具有以下优点：
1.利用简单的水浴法和共还原法就可以制备SnO2纳米结构与双金属PdRu纳米颗粒两种材料，并通过混合搅拌获得基于双金属PdRu纳米颗粒修饰的SnO2材料，这种合成方法简单，成本低廉；
2.SnO2纳米粒子粒径较小，表面酸性位点增多，吸附增强，有益于检测碱性气体。而且大的孔隙可以使气体快速通过，有利于气体吸附，从而加快反应速率；
3.由于双金属的协同效应，双金属担载量较小即可获得更好的气敏性能，有利于提高催化剂的利用率，并且降低成本。
附图说明
图1：(a)为PdRu纳米颗粒的TEM图；(b)为PdRu纳米颗粒高分辨的TEM图；(c)为Pd纳米颗粒的TEM图；(d)为Pd纳米颗粒高分辨的TEM图；(e)为0.5％PdRu-SnO2的TEM图；(f)为0.5％PdRu-SnO2高分辨的TEM图。
如图1所示，PdRu纳米颗粒分散均匀，没有团聚现象，直径约为10nm。其晶格条纹约0.232nm对应PdRu的(111)面。而Pd纳米颗粒有较为严重的团聚现象。Pd的晶格间距为0.234nm，验证了Ru的存在可以改变Pd的晶格间距。SnO2纳米粒子粒径约为8.85nm，通过晶格间距可以判断PdRu成功担载到SnO2上。
图2为SnO2、0.5％Pd-SnO2、0.3％PdRu-SnO2、0.5％PdRu-SnO2和0.7％PdRu-SnO2复合材料的20o～80o范围内的XRD图谱以及SnO2材料的XRD标准卡片图谱。
如图2所示，所有样品的衍射峰都对应于标准卡No.41-1445，证明合成的SnO2样品纯度高。但在PdRu-SnO2复合材料中并没有出现Pd或Ru对应的衍射峰，这可能是由于PdRu和Pd纳米颗粒粒径较小，并且负载不足所致。
图3(a)为SnO2、0.5％Pd-SnO2、0.3％PdRu-SnO2、0.5％PdRu-SnO2和0.7％PdRu-SnO2传感器的工作温度－灵敏度曲线；(b)为5种传感器在各自最佳工作温度下对100ppm三乙胺的灵敏度柱形图。
其中灵敏度的定义为：灵敏度＝在空气中两金电极间的电阻值/在三乙胺中两金电极间的电阻值；
如图3所示，所有传感器在160～260℃下对100ppm三乙胺的气体敏感响应，可以看出，随着温度的升高，响应先增大，然后逐渐减小。担载0.5％PdRu的SnO2在220℃下的响应高达256，是纯SnO2的7.91倍。PdRu纳米粒子的协同作用可以提高气敏性能。显然，随着PdRu担载量的增加，传感器的气敏性能也随之提高。然而0.7％PdRu-SnO2的传感性能下降，原因可能是过多的PdRu造成了团聚。
图4(a)-(e)为SnO2、0.5％Pd-SnO2、0.3％PdRu-SnO2、0.5％PdRu-SnO2和0.7％PdRu-SnO2在各自最佳工作温度下对1～100ppm三乙胺的动态响应曲线。(f)为0.5％PdRu-SnO2材料在220℃下对100ppm三乙胺的响应恢复曲线。
如图4所示，可以看出在各自最佳工作温度下，5个传感器对1-100ppm三乙胺的动态响应。随着浓度的增加，响应逐渐增加。其中0.5％PdRu-SnO2材料在220℃下对100ppm三乙胺的响应时间为2秒。为了加快三乙胺的解吸，恢复时使用260℃的加热，使其恢复时间为134秒。三乙胺作为一种还原气体，吸附在材料表面与氧离子反应释放电子，从而减小传感器的电阻。
图5为0.5％PdRu-SnO2在220℃对100ppm三乙胺的重复性曲线。
从图5可见器件还具有较好的重复性。
图6：SnO2、0.5％Pd-SnO2、0.3％PdRu-SnO2、0.5％PdRu-SnO2和0.7％PdRu-SnO2在各自最佳工作温度下对100ppm气体的选择性柱形图。
如图6所示，担载PdRu纳米粒后的复合材料表现出很好的选择性，其中，0.5％PdRu-SnO2对气体的响应比其他材料高得多，并且对100ppm三乙胺的响应是三甲胺响应的12倍，是氨气的响应10倍。
具体实施方式
实施例1：
1、将1.0g五水氯化锡(SnCl4·5H2O)和1.2g葡萄糖(C6H12O6)溶于70mL去离子水中。将混合物转移到100mL的高压釜中，在180℃烘箱中加热16小时。自然冷却至室温后，将沉淀用去离子水和乙醇依次洗涤数次后收集，在60℃的烘箱中干燥过夜。最后，在500℃下煅烧1小时，得到SnO2纳米颗粒；
2、将444mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解在100mL的三甘醇中，混合物在油浴中加热到200℃。同时，将0.5mmol的四氯钯酸钠和0.5mL、1M氯化钌水溶液溶于40mL的水中，室温搅拌片刻。然后使用滴液漏斗，在200℃下缓慢地将该溶液添加到三甘醇中，此过程约60分钟。冷却至室温后，将所得沉淀用丙酮和乙醇依次离心洗涤数次后收集。产物最终分散在乙醇中，得到长期稳定的双金属PdRu纳米颗粒。随后测量其浓度，将小玻璃片放置天平上，称其质量，用移液枪取20μL PdRu分散液，滴至玻璃片上，待乙醇挥发后，再称其质量，重复多次取平均值从而得到PdRu分散液浓度为7.5mg/mL。
3、将100mg步骤1得到的SnO2超声分散于5mL乙醇中，并将0.067mL步骤2得到的保存于乙醇中的PdRu纳米颗粒加入上述混合物中，搅拌30分钟后，在60℃的烘箱中干燥过夜，从而得到双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2材料(标记为0.5％PdRu-SnO2)。
4、将10mg PdRu纳米颗粒修饰的SnO2材料与1mL乙醇在研钵中混合均匀，然后用小刷子将混合物均匀涂在长4mm、外径为1.2mm、内径为0.8mm的氧化铝陶瓷管外表面并覆盖金电极。将带有PdRu纳米颗粒修饰的SnO2材料的氧化铝陶瓷管放在红外灯下烘烤10分钟，待乙醇挥发后，将氧化铝陶瓷管在马弗炉中300℃烧结2h，以提高其机械强度。
5、将烧结好的陶瓷管焊接在六角底座上，并在管中插入镍铬加热丝作为加热器，通过调节电流控制器件工作温度。从而得到基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器。260℃加热老化3天后进行气敏测试。
实施例2：
按照实施例1的方法制备SnO2纳米材料和PdRu纳米颗粒，改变两者混合的比例。取0.040mL的PdRu分散液与5mL含有100mg SnO2的乙醇溶液混合，制备的器件中PdRu质量为SnO2质量的0.3％，标记为0.3％PdRu-SnO2。器件制备方法和测试方法与实施例1一致。
实施例3：
按照实施例1的方法制备SnO2纳米材料和PdRu纳米颗粒，改变两者混合的比例。取0.093mL的PdRu分散液与5mL含有100mg SnO2的乙醇溶液混合，制备的器件中PdRu质量为SnO2质量的0.7％，标记为0.7％PdRu-SnO2。器件制备方法和测试方法与实施例1一致。
实施例4：
按照实施例1的方法制备SnO2纳米材料，按照实施例1的类似方法，不添加氯化钌溶液，制备Pd纳米颗粒。取0.150mL的Pd分散液与5mL含有100mg SnO2的乙醇溶液混合，制备的器件中Pd质量为SnO2质量的0.5％，标记为0.5％Pd-SnO2。器件制备方法和测试方法与实施例1一致。
对比例1：
按照前述方法制备纯相SnO2纳米材料，器件制备方法和测试方法与实施例1相同。
Claims (2)
1.一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器，由外表面带有2条环状金电极的氧化铝陶瓷管衬底、涂覆在金电极和氧化铝陶瓷管外表面上的敏感材料以及位于氧化铝陶瓷管衬底内部的镍铬加热丝组成，其特征在于：敏感材料为双金属PdRu纳米颗粒修饰的SnO2，且其由如下步骤制备得到，
(1)将0.8～1.2g五水氯化锡和1.0～1.4g葡萄糖溶于60～80mL去离子水中，将得到的混合物溶液转移到高压釜中，在170～190℃下加热15～20小时；自然冷却至室温后，将所得沉淀用去离子水和乙醇依次离心洗涤数次后收集，所得产物在50～70℃下干燥过夜；最后，在450～550℃下煅烧0.5～2.0小时，得到SnO2纳米颗粒；
(2)将420～460mg聚乙烯吡咯烷酮溶解在80～120mL三甘醇中，再在油浴中加热到180～220℃；室温搅拌下将0.4～0.6mmol四氯钯酸钠和0.4～0.6mL、1M氯化钌水溶液溶于40mL水中，然后在180～220℃下用滴液漏斗缓慢地将该溶液添加到聚乙烯吡咯烷酮的三甘醇溶液中，此过程需50～70分钟；冷却至室温后，将所得沉淀用丙酮和乙醇依次离心洗涤数次后收集，所得产物分散在乙醇中，得到双金属PdRu纳米颗粒乙醇分散液；
(3)将100mg步骤(1)得到的SnO2纳米颗粒超声分散于4～6mL乙醇中，将步骤(2)得到的PdRu纳米颗粒乙醇分散液加入其中，搅拌20～40分钟，双金属PdRu纳米颗粒为SnO2纳米颗粒质量的0.3～0.7％；最后，在50～70℃下干燥过夜，从而得到双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2材料。
2.权利要求1所述的一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器的制备方法，其步骤如下：
①将10～20mg的PdRu纳米颗粒修饰的SnO2材料与1～3mL乙醇在研钵中混合均匀，然后用小刷子将得到的混合物均匀涂在长3.5～4.5mm、外径为1.1～1.3mm、内径为0.7～0.9mm的氧化铝陶瓷管外表面并覆盖金电极；将带有PdRu纳米颗粒修饰的SnO2材料的氧化铝陶瓷管放在红外灯下烘烤10分钟，待乙醇挥发后，再将氧化铝陶瓷管在250～350℃下烧结1.5～3.0h，以提高其机械强度；
②将烧结好的氧化铝陶瓷管焊接在六角底座上，并在氧化铝陶瓷管内部插入镍铬加热丝作为加热器以控制传感器的工作温度，从而得到所述的基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器，在220～280℃下老化3天后进行气敏测试。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210809947.1A CN115165978B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210809947.1A CN115165978B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115165978A CN115165978A (zh) | 2022-10-11 |
| CN115165978B true CN115165978B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=83493157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210809947.1A Active CN115165978B (zh) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115165978B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116216771A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-06-06 | 安徽军工集团控股有限公司 | SnO2/Pdatom、SnO2/AuPdalloys及其制备方法和应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010032343A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Figaro Eng Inc | ＳｎＯ２ガスセンサの製造方法と、貴金属ナノ粒子を担持したＳｎＯ２の製造方法 |
| CN105928993A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-09-07 | 上海大学 | 一种多元金属纳米晶修饰金属氧化物气敏材料的制备方法 |
| CN107285373A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-10-24 | 三峡大学 | 一种Pd/SnO2纳米球及其制备方法和应用 |
| WO2018159644A1 (ja) * | 2017-03-01 | 2018-09-07 | 国立大学法人京都大学 | ＰｄＲｕ固溶体ナノ粒子、その製造方法及び触媒、ＰｔＲｕ固溶体ナノ粒子の結晶構造を制御する方法、並びにＡｕＲｕ固溶体ナノ粒子及びその製造方法 |
| CN110031514A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-19 | 吉林大学 | 基于Pd掺杂SnO2纳米敏感材料的H2S和NO2传感器、制备方法及其应用 |
| CN114720522A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-08 | 吉林大学 | 基于PdRu双金属纳米颗粒修饰SnO2纳米粒子团簇的三甲胺气体传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140373600A1 (en) * | 2011-08-25 | 2014-12-25 | Georgia Tech Research Corporation | Gas sensors and methods of preparation thereof |
-
2022
- 2022-07-11 CN CN202210809947.1A patent/CN115165978B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010032343A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Figaro Eng Inc | ＳｎＯ２ガスセンサの製造方法と、貴金属ナノ粒子を担持したＳｎＯ２の製造方法 |
| CN105928993A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-09-07 | 上海大学 | 一种多元金属纳米晶修饰金属氧化物气敏材料的制备方法 |
| WO2018159644A1 (ja) * | 2017-03-01 | 2018-09-07 | 国立大学法人京都大学 | ＰｄＲｕ固溶体ナノ粒子、その製造方法及び触媒、ＰｔＲｕ固溶体ナノ粒子の結晶構造を制御する方法、並びにＡｕＲｕ固溶体ナノ粒子及びその製造方法 |
| CN107285373A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-10-24 | 三峡大学 | 一种Pd/SnO2纳米球及其制备方法和应用 |
| CN110031514A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-19 | 吉林大学 | 基于Pd掺杂SnO2纳米敏感材料的H2S和NO2传感器、制备方法及其应用 |
| CN114720522A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-08 | 吉林大学 | 基于PdRu双金属纳米颗粒修饰SnO2纳米粒子团簇的三甲胺气体传感器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Cr-doped SnO2 microrods adhering nanoparticles for enhanced triethylamine sensing performance;Kangli Zhang et al.;《Materials Letters》;第312卷;第131684-1~131684-4页 * |
| SnO2纳米材料的合成与气敏性能研究;李郁秀;中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑;第6章 * |
| 金属氧化物半导体基三乙胺传感器研究进展;张静宜 等;《无机盐工业》;第53卷(第12期);第67-73、99页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115165978A (zh) | 2022-10-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | A highly sensitive gas sensor based on CuO nanoparticles synthetized via a sol–gel method | |
| Zhang et al. | Au nanoparticle-decorated porous SnO 2 hollow spheres: a new model for a chemical sensor | |
| Gao et al. | Porous corundum-type In 2 O 3 nanoflowers: controllable synthesis, enhanced ethanol-sensing properties and response mechanism | |
| Hoa et al. | Effective decoration of Pd nanoparticles on the surface of SnO2 nanowires for enhancement of CO gas-sensing performance | |
| 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 | |
| JP5442844B2 (ja) | コア−シェル構造の複合ナノ粒子をセンサ材料として用いた薄膜型高活性ガスセンサーおよびその製造方法 | |
| CN115165978B (zh) | 一种基于双金属PdRu纳米颗粒修饰SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 | |
| Liu et al. | Mesoporous Au@ ZnO flower-like nanostructure for enhanced formaldehyde sensing performance | |
| CN114720522B (zh) | 基于PdRu双金属纳米颗粒修饰SnO2纳米粒子团簇的三甲胺气体传感器及其制备方法 | |
| WO2016098942A1 (ko) | 백금／팔라듐 코어-셀 그래핀 하이브리드 기반 수소센서 및 그 제조방법 | |
| Akhtar et al. | Acetone sensing properties of the g–C3N4–CuO nanocomposites prepared by hydrothermal method | |
| Zhang et al. | Au modified Nd-doped In2O3 hollow microspheres for high performance triethylamine gas sensor | |
| Zhuang et al. | A dimethyl disulfide gas sensor based on nanosized Pt-loaded tetrakaidecahedral α-Fe2O3 nanocrystals | |
| CN116046726B (zh) | 一种银纳米颗粒修饰的三氧化钼纳米复合材料的制备方法 | |
| CN110161091B (zh) | 气体传感模块及其制备方法和应用 | |
| JP5649723B2 (ja) | 金属ナノ粒子を被覆するアルミン酸塩基蛍光粉及びその調製方法 | |
| CN115015328B (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 | |
| Li et al. | Ag decorated CuGaO2 nanosheets for enhanced ethylene glycol detection | |
| KR102287604B1 (ko) | Pd합금/산화물반도체 코어-쉘구조의 복합나노입자 수소가스 감지물질 및 이를 이용한 수소가스 감지용 반도체식 가스센서 | |
| CN117434117A (zh) | 一种基于有机框架衍生的Ru掺杂SnO2的高选择性三乙胺气体传感器及其制备方法 | |
| CN114324498A (zh) | 一种基于Au-SnO2纳米花敏感材料的ppb级别NO2气体传感器及其制备方法 | |
| CN110095510B (zh) | 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 | |
| CN117347442A (zh) | 一种基于核壳Pd@Pt纳米晶体修饰ZnO的低检测限二氧化氮气体传感器及其制备方法 | |
| CN113213528A (zh) | 一种采用水热合成SnO/SnO2纳米复合气敏材料的方法 | |
| CN112710704A (zh) | 一种Au纳米颗粒负载的多孔ZnO纳米带及其制备方法和应用 |
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 |