CN115508417A - 一种硫化氢气体传感器及其制备方法 - Google Patents

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王艳杰
邹成
胡志豪
赵红超
李璟
张睿杰
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Abstract

本发明公开了一种硫化氢气体传感器，包括电极，在所述电极表面覆盖BP/SnO2复合材料形成的敏感层；所述BP/SnO2复合材料是由黑磷(BP)、五水四氯化锡(SnCl4·5H2O)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)均匀分散于去离子水中所形成的BP/SnO2复合材料溶液制备获得；所述BP/SnO2复合材料中，优选黑磷纳米片/单层SnO2量子点复合材料作为硫化氢气体传感器的敏感层；本发明公开的硫化氢气体传感器实现了更低的探测极限（0.2 ppm）,超高灵敏度（对5 ppm的H2S响应（Ra/Rg）为233.8），快速响应（16.4 s）的H2S探测，解决了现有技术中硫化氢气体传感器的准确度及灵敏度不高的技术问题。

Description

一种硫化氢气体传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及硫化氢检测领域，具体涉及一种具备高灵敏度和准确度的硫化氢气体传感器及其制备方法。
背景技术
硫化氢，是一种无机化合物，化学式为H2S，分子量为34.076，标准状况下是一种易燃的酸性气体，无色，低浓度时有臭鸡蛋气味，浓度极低时便有硫磺味，有剧毒。水溶液为氢硫酸，酸性较弱，比碳酸弱，但比硼酸强。能溶于水，易溶于醇类、石油溶剂和原油。硫化氢为易燃危化品，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。硫化氢是一种重要的化学原料。硫化氢常用于合成荧光粉，电放光、光导体、光电曝光计等的制造。有机合成还原剂，也能够用于金属精制、农药、医药、催化剂再生，还能够用于制造无机硫化物以及化学分析如鉴定金属离子。
另外，硫化氢（H2S）作为一种恶臭气味的气体，是口臭患者呼出气体的标志性气体，浓度范围通常小于1 ppm，通常引起口臭的口腔疾病包括舌苔，蛀牙，牙周病等，目前我国有超过10%的人口受到口臭困扰，因此通过检测口臭患者呼出气体中H2S浓度能够实现口臭的临床诊断。因此，实时监测不同场景中H2S浓度对安全生产，人体健康具有十分重要的意义。目前硫化氢气体的检测方法有硝酸银比色法，气相色谱法，碘量法，亚甲基蓝法等等，但是这些检测方法需要体积大，价格高，操作复杂，检测时间长的大型仪器，不能够实现多场景的实时监测。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。
现有技术中，二氧化锡（SnO2）是一种常见的气体传感器敏感材料，但是目前基于二氧化锡气体传感器通常具有灵敏度不高，反应温度高等缺点，大大限制了其发展和实际应用。例如中国专利CN 108318542 A 公开了一种基于二氧化锡基硫化氢敏感材料的气体传感器，但其不足之处是灵敏度低，对5 ppm H2S的响应度只有4。中国专利CN 104502413 A公开了一种基于氧化铜掺杂的二氧化锡基硫化氢气体传感器，但其不足之处是灵敏度低和工作温度高（对10 ppm H2S的响应只有20，工作温度大于240 ℃）。中国专利CN 112067666A公布了一种基于掺杂磷酸银的二氧化锡气体传感器硫化氢气体传感器，但其灵敏度（对10ppm H2S响应为118）仍需要继续提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种硫化氢气体传感器及其制备方法，以解决现有技术中硫化氢气体传感器的准确度及灵敏度不高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种硫化氢气体传感器，包括电极，其特征在于，在所述电极表面覆盖BP/SnO2复合材料形成的敏感层；所述BP/SnO2复合材料是由黑磷(BP)、五水四氯化锡(SnCl4·5H2O)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)均匀分散于去离子水中所形成的BP/SnO2复合材料溶液制备获得。
优选的，所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比的范围为BP/SnO2=0.008:1~0.031:1。
优选的，所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比为BP/SnO2=0.016:1。
优选的，所述五水四氯化锡以及聚乙烯吡咯烷酮的重量份之比为SnCl4·5H2O/PVP=1.7:1。
优选的，所述电极为MEMS叉指电极。
优选的，所述BP/SnO2复合材料中，所述BP为黑磷纳米片，所述黑磷纳米片的长度为200nm~5μm，厚度为4~8nm；所述SnO2为单层SnO2量子点，所述单层SnO2量子点的直径为2~3nm。
本发明还公开了一种硫化氢气体传感器的制备方法，利用如上所述一种硫化氢气体传感器，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将预设质量黑磷剥离成纳米片，将得到的黑磷纳米片分散到水溶液中，得到黑磷分散液, 黑磷质量分数为0.5 mg/mL。
步骤2、将预设质量五水四氯化锡与聚乙烯吡咯烷酮溶解到去离子水中混合搅拌，得到混合溶液；
步骤3、将步骤1中的黑磷分散液和步骤2中的混合溶液混合并搅拌得到掺杂混合液；
步骤4、将步骤3中得到的掺杂混合液并转移到反应釜内衬中进行水热反应，得到含有BP/SnO2复合材料的混合液；
步骤5、将步骤4中生成的BP/SnO2复合材料清洗后进行干燥处理，得到干燥的BP/SnO2复合材料；
步骤6、使用滴涂法将步骤5所得干燥的BP/SnO2复合材料分散于去离子水中并滴涂到电极器件表面，制备成覆盖有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件；
步骤7、将具有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件进行干燥处理，得到基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器。
优选的，步骤1中，所述将块状黑磷剥离成纳米片采用超声液相剥离的方法，超声时长12小时，超声波频率20 kHz -23 kHz。
优选的，步骤5中得到的所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比的范围为BP:SnO2=0.008:1~0.031:1；所述BP为黑磷纳米片，所述黑磷纳米片的长度为200nm~5μm，厚度为4~8nm；所述SnO2为单层SnO2量子点，所述单层SnO2量子点的直径为2~3nm。
优选的，步骤6中所述的电极器件为电极为MEMS叉指电极器件。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明首次提出了黑磷纳米片/单层SnO2量子点（BP/SnO2）复合材料检测H2S的方法，与单独的SnO2气敏材料相比，BP/SnO2复合材料合成过程中由于BP纳米片立体阻域效应限制了SnO2的生长尺寸，从而在BP纳米片上生成尺寸为几个纳米的单层SnO2量子点形态，尺寸远远小于单独的SnO2材料。根据金属氧化物气敏材料的一般规律，材料尺寸越小，气敏影响越大。作为BP/SnO2复合材料中的气体传感中心，单层量子点形态SnO2能够有效提升气敏响应度和气敏材料的利用效率。同时BP/SnO2复合材料中BP的引入构建了大量的BP-SnO2异质结，增大了材料的比表面积，增加了气体分子的吸附位点，促进了气体分子在敏感薄膜内的吸附和扩散，从而提升了传感器的响应强度和吸附/解吸附速度。
2、本发明公开的BP/SnO2复合材料的制备方式基于水热反应，材料制备方式简单，绿色，成本低。
3、本发明公开的硫化氢气体传感器实现了较低的探测极限（0.2 ppm）, 高灵敏度（对5 ppm 的H2S响应（Ra/Rg）为233.8），快速响应（16.4 s）的H2S探测。此外该传感器展现出良好的抗湿性，能够在高湿度环境性进行工作。
4、本发明设计的传感器基于MEMS器件，能源消耗（10 mW）远低于基于陶瓷管器件的气体传感器（400 mW-1 W）。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的BP/SnO2复合材料的SEM表面形貌图。
图2为本发明的基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对200 ppb H2S重复性测试电阻动态变化图。
图3为本发明的基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对200 ppb~9 ppm H2S实时动态响应图。
图4为本发明的基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器在不同相对湿度下对5ppm H2S 响应。
图5为本发明的基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对模拟口臭中200~350ppb H2S的动态响应图。
图6为本发明的基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对口臭中H2S响应与气体浓度线性拟合曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明要解决了现有技术中硫化氢气体传感器的准确度及灵敏度不高的技术问题。
基于以上要解决的技术问题，本发明公开了一种硫化氢气体传感器，包括电极，在所述电极表面覆盖BP/SnO2复合材料形成的敏感层；所述BP/SnO2复合材料是由黑磷(BP)、五水四氯化锡(SnCl4·5H2O)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)均匀分散于去离子水中所形成的BP/SnO2复合材料溶液制备获得。
具体的，所述BP材料，是指黑磷（Black phosphorus，BP ）是元素磷的一种同素异形体。
作为优选，所述BP/SnO2复合材料中，黑磷为纳米片，SnO2为单层SnO2量子点，黑磷在复合材料中呈纳米片形态，所述黑磷纳米片的长度为200nm~5μm，厚度为4~8nm；所述SnO2是指单层SnO2量子点，所述单层SnO2量子点的直径为2~3nm，即SnO2材料能够附着于黑磷纳米片上并呈现量子点形态。
所述量子点是一种重要的纳米级别的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2~20 nm之间，常见的有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点等。
量子点中低的态密度和能级的尖锐化，导致了量子点结构对其中的载流子产生三维量子限制效应，从而使其电学性能和光学性能发生变化，而且量子点在正入射情况下能发生明显的带内跃迁。应用了量子点的电子器件由于具有小尺寸，低消耗而日益受到人们的关注。
根据金属氧化物气敏材料的一般规律，材料尺寸越小，气敏影响越大，本申请文件中，采用单层SnO2量子点材料与黑磷纳米片进行复合形成的复合材料作为硫化氢气体传感器的敏感层，能够实现在高灵敏度的同时，还能够具有小尺寸，使硫化氢气体传感器能够具有更广泛的应用。
本申请文件中公开的所采用的器件优选MEMS器件，具体为基于叉指电极的电阻式气体传感器，所述MEMS器件是指微电子机械系统（Micro-electro-mechanical-system），即把信息传感、处理，机械执行机构以及其他一些微器件，按照集成电路的制造原则，以高密度，低成本的方式集成在一个微系统中。
所述MEMS器件的优点是体积小、重量轻、性能稳定，通过IC等工艺可批量生产，成本低，性能一致性好，功耗低，谐振频率高，响应时间短，综合集成度高，附加值高，具有多种能量转化、传输等功能，包括力、热、声、磁及化学、生物能等。
本申请文件中公开的所述硫化氢气体传感器的最佳工作温度为130摄氏度。
作为优选，所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比的范围为BP:SnO2=0.008:1~0.031:1。
作为优选，所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比为BP:SnO2=0.016:1。
作为优选，所述五水四氯化锡以及聚乙烯吡咯烷酮的重量份之比SnCl4·5H2O/PVP=1.7:1。
作为优选，硫化氢气体传感器对特定硫化氢气体浓度的响应值的计算公式为：Ra/Rg；
式中：Ra传感器在干燥空气中的稳定电阻，Rg为传感器在H2S中的稳定电阻。
作为优选，所述电极为MEMS叉指电极。
本发明还公开了一种硫化氢气体传感器的制备方法，利用如上所述一种硫化氢气体传感器，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将预设质量黑磷剥离成纳米片，将得到的黑磷纳米片分散到水溶液中，得到黑磷分散液；
步骤2、将预设质量五水四氯化锡与聚乙烯吡咯烷酮溶解到去离子水中混合搅拌，得到混合溶液；
步骤3、将步骤1中的黑磷分散液和步骤2中的混合溶液混合并搅拌得到掺杂混合液；
步骤4、将步骤3中得到的掺杂混合液并转移到反应釜内衬中进行水热反应，得到含有BP/SnO2复合材料的混合液；
步骤5、将步骤4中生成的BP/复合材料清洗后进行干燥处理，得到干燥的BP/SnO2复合材料；
步骤6、使用滴涂法将步骤5所得干燥的BP/SnO2复合材料分散于去离子水中并滴涂到电极器件表面，制备成覆盖有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件；
步骤7、将具有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件进行干燥处理，得到基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器。
所述五水四氯化锡，英文名Stannic chloride, pentahydrate，分子式SnCl4·5H2O，分子量350.598，熔点56℃，沸点114.1°C（标准大气压下），常用作分析试剂和媒染剂，别称有四氯化锡五水合物、结晶四氯化锡、四氯化锡,五水等。
所述聚乙烯吡咯烷酮，英文名Polyvinylpyrrolidone，简称PVP，分子式(C6H9NO)n，分子量111.143，熔点130℃，沸点90-93 °C（标准大气压下），常作为金属氧化物纳米材料合成分散剂，别称有1-乙烯基-2-吡咯烷酮聚合物、聚乙烯吡咯烷酮系列、聚乙烯聚吡咯烷铜、聚乙烯基吡咯烷酮、皮维碘、聚维酮、聚乙烯吡咯烷酮K-17等。
作为优选，步骤1中，所述将黑磷剥离成纳米片采用超声液相剥离的方法，超声时长12小时，超声波频率20 kHz -23 kHz。
具体的，步骤1中所述黑磷的初始形态为块状黑磷。
具体的，步骤4中，所述水热反应的温度位120摄氏度，水热反应时长为12小时。
作为优选，步骤5中得到的所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比的范围为BP:SnO2=0.008:1~0.031:1，优选BP:SnO2=0.016:1。
作为优选，所述步骤5中得到的所述BP/SnO2复合材料中，黑磷为纳米片，SnO2为单层SnO2量子点，黑磷在复合材料中呈纳米片形态，所述黑磷纳米片的长度为200nm~5μm，厚度为4~8nm；所述SnO2是指单层SnO2量子点，所述单层SnO2量子点的直径为2~3nm，即SnO2材料能够附着于黑磷纳米片上并呈现量子点形态。
具体的，步骤5中，所述清洗方式采用离心清洗，清洗次数为数次；所述干燥处理采用真空烘箱进行烘干，真空烘箱温度为60摄氏度，烘干时长为12小时。
作为优选，步骤6中所述的电极器件为电极为MEMS叉指电极器件。
步骤7中，所述干燥处理的环境为真空环境，真空干燥温度为60摄氏度，干燥时长为12小时。
采用本发明所公开的一种硫化氢气体传感器及其制备方法具有如下技术效果：本发明公开的基于黑磷（Black phosphorus，BP）/二氧化锡（SnO2）复合材料的H2S传感器，实现了对0.2~9 ppm H2S的快速，高灵敏度，高选择性探测，并且能够灵敏检测出模拟口臭呼气中痕量H2S。同时，器件制备工艺简单，成本低，操作简便，检测速度快，克服了传统检测方法成本高，操作复杂，测试时间长的缺点；本发明首次提出了基于BP/SnO2复合材料检测H2S的方法，与单独的SnO2气敏材料相比，BP/SnO2复合材料中BP的引入使得大量的异质结得以构建，比表面积增大，增加了气体分子的吸附位点，促进了气体分子在敏感薄膜内的吸附和扩散，从而提升了传感器的响应强度和吸附/解吸附速度；本发明的BP/SnO2复合材料的制备方式基于水热反应，材料制备方式简单，绿色，成本低；本发明设计的硫化氢气体传感器实现了更低的探测极限（0.2 ppm）, 高灵敏度（对5 ppm 的H2S响应（Ra/Rg）为233.8），快速响应（16.4 s）的H2S探测；本发明设计的传感器基于MEMS器件，能源消耗低（10 mW）。
实施例
将本发明公开的一种硫化氢气体传感器应用于检测人呼气中H2S的含量，需要说明的是，本发明所公开的硫化氢气体传感器能够应用于多场合，不限于此应用实施例。
在口腔硫化氢（H2S）气体方面，硫化氢作为一种恶臭气味的气体，是口臭患者呼出气体的标志性气体，浓度范围通常小于1 ppm，目前临床用于诊断口臭的方法主要是基于气相色谱，离子色谱，选择离子流管质谱等技术方式，然而这些分析方法往往价格高昂，操作流程复杂，测试时间长，仪器维护成本高等缺点，不适合居家便捷式检测口臭。
采用本发明公开的一种硫化氢气体传感器能够通过检测H2S浓度来实时高效地进行口臭的诊断，展现出优异的选择性和抗湿性，在模拟口臭患者呼气中能够检测出浓度低于1 ppm 的H2S，具备了临床诊断口臭的能力。
本实施例所采用的器件为采用上述一种硫化氢气体传感器的制备方法制备出的基于叉指电极的电阻式气体传感器，敏感层为BP/SnO2复合材料，最佳工作温度为130摄氏度。
具体制备方法如下：
步骤1、采用超声液相剥离的方法将预设质量块状黑磷（BP）剥离成纳米片，超声时长12小时，超声波频率20 kHz~23 kHz，将得到的BP纳米片分散到水溶液中；
步骤2、将预设质量五水四氯化锡（SnCl4·5H2O）与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解到去离子水中混合搅拌，得到混合溶液；
步骤3、将步骤1中的黑磷分散液和步骤2中的混合溶液混合并搅拌得到掺杂混合液；
步骤4、将步骤3中得到的掺杂混合液并转移到反应釜内衬中，在120摄氏度下进行水热反应，水热反应时长为12小时，得到含有BP/SnO2复合材料的混合液；
步骤5、将步骤4中生成的BP/SnO2复合材料离心清洗数次，然后放入真空烘箱烘干，得到干燥的BP/SnO2复合材料；
步骤6、使用滴涂法将步骤5所得干燥的BP/SnO2复合材料分散于去离子水中并滴涂到MEMS电极器件表面，制备成覆盖有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件；
步骤7、将具有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件进行干燥处理，得到基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器。
其中，步骤5中，真空烘箱温度为60摄氏度，烘干时长为12小时，制备的BP:SnO2复合材料的质量比例范围BP:SnO2=0.008:1~0.031:1, 其中最佳配比为BP:SnO2=0.016:1。
制备所得BP/SnO2复合材料的SEM表面形貌图如图1所示，图1中BP呈现纳米片状，能够观察到大量尺寸均匀的SnO2量子点(直径约3nm)附着在BP纳米片表面，BP/SnO2复合材料的结构形态良好。
接下来对制备的基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器进行性能测试，测试结果如图2和图3所示，图2为基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对200 ppb H2S重复性测试电阻动态变化图，图3为基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对200 ppb~9ppm H2S实时动态响应图。
从图2中可以观察到在硫化氢气体浓度较高时，硫化氢气体传感器的电阻变小，硫化氢气体浓度为零，硫化氢气体传感器电阻逐渐增大，直至最大值，且随着硫化氢气体浓度规律性的出现或为零，硫化氢气体传感器的电阻均更够跟随硫化氢气体浓度变化规律而产生规律的变化，均具有良好的响应状态。
从图3中可以观察到基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对不同浓度的硫化氢气体均具有良好的响应状态，且响应值随着硫化氢气体浓度的升高而增大，其中，本实施例所采用的硫化氢气体浓度范围是200ppb~9ppm，且响应定义为Ra/Rg， Ra和 Rg分别为传感器在干燥空气中和H2S中的稳定电阻。
从图4中可以观察到基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器在不同相对湿度下对5ppm硫化氢气体响应值。背景湿度随着干燥空气(0.3%RH)增加到80%RH, 对H2S响应值略有下降，但在80%RH下，响应值依然维持在干燥空气背景下响应值的75%，展示出了良好的抗湿性。响应定义为RRH/Rg， RRH和 Rg分别为传感器在不同湿度背景中和通入H2S后的稳定电阻。
接下来模拟健康个体以及病态个体的呼气状态，模拟的正常个体呼气包括约75%的氮气，约20%的氧气，约4%的二氧化碳，约60%的相对湿度，相比于正常个人呼气，病态个体的呼气多了H2S气体。
如图5所示，为基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对模拟口臭中200~350ppb H2S的动态响应图，图中动态响应定义为Rn/Rh，Rn和Rh分别为传感器在模拟正常呼吸中和模拟口臭中的稳定电阻，从图5中可以看出，当基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器识别到硫化氢气体的存在时，传感器的电阻降低，传感器的响应值与硫化氢气体浓度呈正比，能够得出采用本发明所公开的硫化氢气体传感器在模拟的口臭患者情况下，对人呼气中H2S含量检测的性能良好。
然后，再选择四个H2S浓度进行测试，四个浓度值分别为200 ppb、250 ppb、300ppb和350ppb，图6为基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器对口臭中H2S响应与气体浓度线性拟合曲线，如图6所示，能够观察到硫化氢气体传感器的响应随着硫化氢气体浓度的增加而增加，并且拟合曲线的斜率为0.003/ppb和线性度为r2=0.93，表现出如图6所示的较好的灵敏度。
本实施例证明了本发明所公开的硫化氢气体传感器实现了对硫化氢气体浓度为0.2~9 ppm的快速、高灵敏度、高选择性探测，并且能够灵敏检测出模拟口臭呼气中痕量H2S，对病态个体呼气中微弱的H2S气体有良好的检测性能；同时，器件制备工艺简单，成本低，操作简便，检测速度快，克服了传统检测方法成本高，操作复杂，测试时间长的缺点。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种硫化氢气体传感器，包括电极，其特征在于，在所述电极表面覆盖BP/SnO2复合材料形成的敏感层；所述BP/SnO2复合材料是由黑磷(BP)、五水四氯化锡(SnCl4·5H2O)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)均匀分散于去离子水中所形成的BP/SnO2复合材料溶液制备获得。
2.根据权利要求1所述的一种硫化氢气体传感器，其特征在于，所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比的范围为BP/SnO2=0.008:1~0.031:1。
3.根据权利要求1所述的一种硫化氢气体传感器，其特征在于，所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比为BP/SnO2=0.016:1。
4.根据权利要求1所述的一种硫化氢气体传感器，其特征在于，所述五水四氯化锡以及聚乙烯吡咯烷酮的重量份之比为SnCl4·5H2O/PVP=1.7:1。
5.根据权利要求1所述的一种硫化氢气体传感器，其特征在于，所述电极为MEMS叉指电极。
6.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的一种硫化氢气体传感器，其特征在于，所述BP/SnO2复合材料中，所述BP为黑磷纳米片，所述黑磷纳米片的长度为200nm~5μm，厚度为4~8nm；所述SnO2为单层SnO2量子点，所述单层SnO2量子点的直径为2~3nm。
7.一种硫化氢气体传感器的制备方法，利用如权利要求1所述一种硫化氢气体传感器，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将预设质量黑磷剥离成纳米片，将得到的黑磷纳米片分散到水溶液中，得到黑磷分散液, 黑磷质量分数为0.5 mg/mL；
步骤2、将预设质量五水四氯化锡与聚乙烯吡咯烷酮溶解到去离子水中混合搅拌，得到混合溶液；
步骤3、将步骤1中的黑磷分散液和步骤2中的混合溶液混合并搅拌得到掺杂混合液；
步骤4、将步骤3中得到的掺杂混合液并转移到反应釜内衬中进行水热反应，得到含有BP/SnO2复合材料的混合液；
步骤5、将步骤4中生成的BP/SnO2复合材料清洗后进行干燥处理，得到干燥的BP/SnO2复合材料；
步骤6、使用滴涂法将步骤5所得干燥的BP/SnO2复合材料分散于去离子水中并滴涂到电极器件表面，制备成覆盖有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件；
步骤7、将具有BP/SnO2复合材料薄膜的电极器件进行干燥处理，得到基于BP/SnO2复合材料的硫化氢气体传感器。
8.根据权利要求7所述的一种硫化氢气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述将块状黑磷剥离成纳米片采用超声液相剥离的方法，超声时长12小时，超声波频率20kHz -23 kHz。
9.根据权利要求7所述的一种硫化氢气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤5中得到的所述BP/SnO2复合材料中，BP和SnO2的重量份之比的范围为BP:SnO2=0.008:1~0.031:1；所述BP为黑磷纳米片，所述黑磷纳米片的长度为200nm~5μm，厚度为4~8nm；所述SnO2为单层SnO2量子点，所述单层SnO2量子点的直径为2~3nm。
10.根据权利要求7所述的一种硫化氢气体传感器的制备方法，其特征在于，步骤6中所述的电极器件为电极为MEMS叉指电极器件。
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