CN116626137A - 硫化氢气敏材料及其制备方法、气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种硫化氢气敏材料及其制备方法、气体传感器,硫化氢气敏材料包括层叠的气敏膜以及催化膜;其中,气敏膜的材料包括物质的量比为(1~5):100的氮化镓以及羟基氯化铜的复合材料;催化膜的材料包括分子筛。气敏膜中氮化镓和羟基氯化铜复合后,表面点缺陷如氧空位会大量增加,为分子传感提供更多的表面活性位点,因此有助于提高对H2S的响应,进一步地由于成分和界面的增加,再加上与催化膜的协同作用,可进行快速以及可逆的硫化-脱硫反应,进一步提高对H2S的响应。在此基础上气敏膜与催化膜进行复合,可在富集H2S的同时催化其转化为响应更高的SO2,进而大大提高对H2S的选择性和敏感性。
Description
技术领域
本发明涉及气敏材料领域,特别是涉及一种硫化氢气敏材料及其制备方法、气体传感器。
背景技术
在石油、煤炭和天然气的工业生产中比较容易释放出硫化氢(H2S),也会在有机物腐烂的地方产生,并且往往会积聚在通风不良的下水道中。而硫化氢气体是一种有毒的污染气体,会降低空气质量,高于10ppm的H2S含量被认为有害。因此硫化氢气敏材料需要具有工作温度低、良好稳定性以及高灵敏度等性能。
氮化镓(GaN)作为第三代宽带隙半导体材料,带隙值为 3.39 eV,在空气中暴露时,表面会自然地与氧分子发生反应形成氧化镓,当硫化氢分子进入氮化镓表面时,它们会与表面的氧化镓原子发生可逆的硫化反应,导致氮化镓的载流子浓度发生变化,同时,硫化氢也能够在氮化镓表面与镓离子(Ga³⁺)结合并形成Ga2S3,进一步影响表面电荷状态,且GaN中存在较多的空位和间隙缺陷,使其具有优异的吸附和气敏性能。但纯GaN作为硫化氢气敏材料敏感度有限且响应温度较高,一般需要进行掺杂或与其他半导体材料复合以满足传感需求。其他传统硫化氢气敏材料存在工作温度偏高、稳定性差、灵敏度低和制备方法复杂等缺点中的一个或多个问题,因此无法满足其在各领域的实际使用要求。
发明内容
基于此,有必要提供一种工作温度低、稳定性好和灵敏度高的硫化氢气敏材料及其制备方法、气体传感器。
本申请提供一种硫化氢气敏材料,包括层叠的气敏膜以及催化膜;
其中,所述气敏膜的材料包括物质的量比为(1~5) : 100的氮化镓以及羟基氯化铜的复合材料;
所述催化膜的材料包括分子筛。
在其中一个实施例中,所述氮化镓的粒径为20nm~40nm。
在其中一个实施例中,所述复合材料的制备方法包括以下步骤:
利用溶剂热法制备所述氮化镓;
混合所述氮化镓、氯化铜、尿素以及无机溶剂,第一加热处理以及分离出第一固体。
在其中一个实施例中,所述氮化镓的制备方法包括以下步骤:
混合氯化镓、氮化钠以及有机溶剂,第二加热处理以及分离出第二固体。
在其中一个实施例中,所述分子筛的孔径为3.1Å~3.4 Å。
在其中一个实施例中,所述分子筛包括AlPO-C分子筛或13X型分子筛。
在其中一个实施例中,满足以下一个或多个条件:
(1)所述气敏膜的厚度为1μm ~5μm;
(2)所述催化膜的厚度为10μm ~15μm;
(3)所述气敏膜的厚度与所述催化膜的厚度比为(3~7) : 3。
进一步地,本申请提供一种如上述的硫化氢气敏材料的制备方法,包括以下步骤:
采用物质的量比为(1~5) : 100的氮化镓以及羟基氯化铜的所述复合材料,制备气敏浆料;
制备催化浆料;
采用所述气敏浆料制备气敏浆料膜,经第一次干燥以及第一次烧结制备气敏膜;
采用所述催化浆料,在所述气敏膜的表面制备催化浆料膜,经第二次干燥以及第二次烧结。
在其中一个实施例中,所述气敏浆料以及所述催化浆料各自独立地包括有机浆料,所述有机浆料包括松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素、司班85、1,4-丁内酯以及氢化蓖麻油中的一种或多种。
进一步地,本申请还提供一种气体传感器,包括如上述的硫化氢气敏材料。
硫化氢气敏材料的气敏膜中氮化镓GaN和羟基氯化铜Cu2(OH)3Cl复合后,表面点缺陷如氧空位会大量增加,为分子传感提供更多的表面活性位点,因此有助于提高对H2S的响应,进一步地由于成分和界面的增加,再加上与催化膜的协同作用,可进行快速以及可逆的硫化-脱硫反应,从而进一步提高对H2S的响应。在此基础上气敏膜与催化膜进行复合,可在富集H2S的同时催化其转化为响应更高的SO2,进而大大提高对H2S的选择性和敏感性。
附图说明
图1为本申请实施例1中制备的气敏膜以及气敏膜与催化膜复合后在不同温度下分别对10ppm H2S的响应灵敏度。
图2为本申请实施例2中制备的气敏膜以及气敏膜与催化膜复合后在不同温度下分别对10ppm H2S的响应灵敏度。
图3为本申请实施例3中制备的气敏膜以及气敏膜与催化膜复合后在不同温度下分别对10ppm H2S的响应灵敏度。
具体实施方式
本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本申请。此外,本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中,“若干”的含义是至少一个,例如一个,两个等,除非另有明确具体的限定。
除非另外指明,所有百分比、分数和比率都是按本申请组合物的总质量计算的。除非另外指明,有关所列成分的所有质量均给予活性物质的含量,因此它们不包括在可商购获得的材料中可能包含的溶剂或副产物。本文术语“质量百分比含量”可用符号“%”表示。
本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括,这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由…组成”和“基本上由…组成”。本申请的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组份、步骤或限制项组成。本文中术语“效能”、“性能”、“效果”、“功效”之间不作区分。
本申请中的词语“优选地”、“更优选地”等是指,在某些情况下可提供某些有益效果的本申请实施方案。然而,在相同的情况下或其他情况下,其他实施方案也可能是优选的。此外,对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用,也并非旨在将其他实施方案排除在本申请的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时,上述范围视为连续,且包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地,当范围是指整数时,包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外,当提供多个范围描述特征或特性时,可以合并该范围。换言之,除非另有指明,否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本申请提供一种硫化氢气敏材料,包括层叠的气敏膜以及催化膜;
其中,气敏膜的材料包括物质的量比为(1~5) : 100的氮化镓以及羟基氯化铜的复合材料;
催化膜的材料包括分子筛。
优选地,氮化镓以及羟基氯化铜之间的物质的量之比可以但不限于是1 : 100、1.5 : 100、2 : 100、2.5 : 100、3 : 100、3.5 : 100、4 : 100、4.5 : 100或5 : 100。
在一个具体示例中,制备复合材料的步骤包括:
利用溶剂热法制备氮化镓;
混合氮化镓、氯化铜、尿素以及无机溶剂,第一加热处理以及分离出第一固体,混合第一固体以及有机浆料。
进一步地,无机溶剂可以但不限于是去离子水,第一加热处理的条件包括加热温度为120℃~180℃,加热时间为3h~8h。
具体地,第一加热处理中加热温度可以但不限于是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃;加热时间可以但不限于是3h、4 h、5 h、6 h、7 h或8 h。
可以理解地,分离出第一固体的步骤包括利用离心分离出第一离心固体后,清洗第一离心固体,干燥,制备第一固体,进一步地,清洗第一离心固体的清洗溶剂包括乙醇以及去离子水,干燥的条件包括干燥温度为50℃~90℃。
更进一步地,氮化镓、氯化铜、尿素以及无机溶剂的比例为(0.005 ~0.03)mmol :(1 ~3)mmol : (1~3)mmol : (10~30)mL。
优选地,氮化镓、氯化铜、尿素以及无机溶剂的比例为(0.005 ~0.02)mmol : (1.5~2.5)mmol : (1.5 ~2.5)mmol : (10~30)mL。
在一个具体示例中,制备氮化镓的步骤包括:
混合氯化镓、氮化钠以及有机溶剂,第二加热处理以及分离出第二固体。
进一步地,有机溶剂可以但不限于包括苯、甲苯以及二甲苯中的一种或多种。第二加热处理的条件包括加热温度为250℃~300℃,加热时间为7h~13h。
更进一步地,氯化镓、氮化钠以及有机溶剂的比例为1mmol:1mmol: (5~8) mL。
可以理解地,分离出第二固体的步骤包括利用离心分离出第二离心固体后,清洗第二离心固体,干燥,制备第二固体,进一步地,清洗第二离心固体的清洗溶剂包括乙醇以及去离子水,干燥的条件包括干燥温度为50℃~90℃,干燥时间为18h~30h。
在一个具体示例中,氮化镓的粒径为20nm~40nm。
优选地,氮化镓的粒径为25nm~35nm,具体地,氮化镓的粒径可以但不限于是为25nm、26 nm、27 nm、28 nm、29 nm、30 nm、31 nm、32 nm、33 nm、34 nm或35 nm。
在一个具体示例中,分子筛的孔径为3.1Å~3.4 Å。具体地,分子筛的孔径可以但不限于是3.1Å、3.2 Å、3.3 Å或3.4 Å。
在一个具体示例中,分子筛包括AlPO-C分子筛或13X型分子筛。可以理解地,AlPO-C分子筛化学分子式为[Al16P16O64]-APC。
具体地,上述AlPO-C分子筛的制备方法包括以下步骤:
将质量比为(20~30):(5~12)的Al(NO3)3·9H2O和H3PO4加入40mL~100 mL的去离子水中溶解,再往其中加入10mL~35mL的四甲基氢氧化铵和3×10-2mol~6×10-2mol的氢氧化钠,混合均匀后,在干燥箱中以80℃~120℃加热7天进行反应,然后离心并用去离子水清洗后得到中间产物,再将其置于空气马弗炉中以130℃~170℃煅烧3 h ~8h。
在一个具体示例中,气敏膜的厚度与催化膜的厚度比为(3~7) : 3。
进一步地,气敏膜的厚度与催化膜的厚度比可以但不限于为3 : 3、4 : 3、5 : 3、6 : 3或7 : 3。
在一个具体示例中,气敏膜的厚度为1μm ~5μm。具体地,气敏膜的厚度可以但不限于是1μm、2μm、3μm、4μm或5μm。
在一个具体示例中,催化膜的厚度为10μm ~15μm。具体地,催化膜的厚度可以但不限于是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm。
本申请提供上述的气敏材料的制备方法,包括以下步骤:
采用物质的量比为(1~5) : 100的氮化镓以及羟基氯化铜的复合材料,制备气敏浆料;
制备催化浆料;
采用气敏浆料制备气敏浆料膜,经第一次干燥以及第一次烧结制备气敏膜;
采用催化浆料,在气敏膜的表面制备催化浆料膜,经第二次干燥以及第二次烧结。
在一个具体示例中,气敏浆料以及催化浆料各自独立地包括有机浆料,有机浆料包括松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素、司班85、1,4-丁内酯以及氢化蓖麻油中的一种或多种。
上述有机浆料的制备方法包括以下步骤:按照质量比包括(50~70): (20~40): (5~15): (4~8): (2~6): (0.5~4): (0.1~1)的松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素、司班85、1,4-丁内酯以及氢化蓖麻油的原料在80℃下烘烤24小时制得。
优选地,有机浆料由质量比为60: 30: 10: 6: 4 : 1 : 0.5松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、基纤维素、司班85、1,4丁内酯以及氢化蓖麻油的原料组成。
进一步地,气敏浆料包括GaN和Cu2(OH)3Cl的复合材料以及有机浆料,先经过粗磨0.5h~1.5h,再进行精磨4h~8h至刚好可以滴落,且可以通过孔径为40μm ~80μm的针头。第一次干燥的条件包括第一次干燥温度为50℃~90℃,第一次干燥时间为15小时~35小时,第一次烧结的条件包括第一次烧结温度为400℃~600℃,第一次烧结时间为1.5小时~3.5小时。
更进一步地,催化浆料包括分子筛以及有机浆料,先经过粗磨0.5h~1.5h,再进行精磨4h~8h至刚好可以滴落,且可以通过孔径为80μm ~120μm的针头。第二次干燥的条件包括第二次干燥温度为50℃~90℃,第二次干燥时间为15小时~35小时,第二次烧结的条件包括第二次烧结温度为400℃~600℃,第二次烧结时间为1.5小时~3.5小时。
羟基氯化铜(Cu2(OH)3Cl) 是一种三元铜盐,具有由共享边缘的 HO–Cu–Cl 八面体组成的层状结构,因为特殊的晶体形貌和(OH)-、 Cl-之间的强氢键,具有良好的催化性能,其材料表面存在可充当气体吸附活性位点的配位不饱和原子和空位缺陷,有利于气体分子在材料表面的吸附,并且比表面积较大,从而增大了材料与气体分子之间的有效接触面积,进而有利于其作为气敏材料的灵敏度。气敏膜中氮化镓GaN和羟基氯化铜Cu2(OH)3Cl复合后,表面点缺陷如氧空位会大量增加,为分子传感提供更多的表面活性位点,因此有助于提高对H2S的响应,进一步地由于成分和界面的增加,再加上与催化膜的协同作用,可进行快速以及可逆的硫化-脱硫反应,从而进一步提高对H2S的响应。在此基础上气敏膜与催化膜进行复合,可在富集H2S的同时催化其转化为响应更高的SO2,进而大大提高对H2S的选择性和敏感性。
进一步地,本申请提供一种气体传感器,包括如上述的气敏材料。
可以理解地,制备气体传感器包括以下步骤:在基体上喷涂气敏浆料,依次经过第一次干燥以及第一次烧结制备气敏膜,在气敏膜的表面上喷涂催化浆料,依次经过第二次干燥以及第二次烧结制备催化膜,封装。
具体地,基体为陶瓷基体。
本申请的气敏材料制备方法具有生产工艺简单、制备周期较短和制备过程易控制等优点,有望推进修饰型金属氧化物半导体在气体传感方面的大规模应用。此外本申请得到的含有分子筛的催化膜覆盖的GaN/Cu2(OH)3Cl复合材料具有工作温度偏低、稳定性好以及灵敏度高等优点,且对硫化氢具有良好的选择性。
以下结合具体实施例对本申请的硫化氢气敏材料及其制备方法做进一步详细的说明。以下实施例中所用的原料,如无特别说明,均为市售产品。郑州天祥无机材料有限公司生产的13X型分子筛,AlPO-C分子筛为自制,其中具体制备方法如下将25g Al(NO3)3·9H2O和5g H3PO4加入60mL去离子水中溶解,再依次往其中加入25mL的四甲基氢氧化铵和15mL 3mol/L的氢氧化钠溶液,混合均匀后转移至不锈钢反应釜聚四氯乙烯内衬中并拧紧密封,在干燥箱中以100℃加热7天进行反应,然后离心并用去离子水清洗后得到中间产物AlPO4-H3,再将其置于空气马弗炉中以150℃煅烧5h,最终得到AlPO-C分子筛材料。
实施例1
步骤一:称取10 mmol GaCl3加入装有60 mL苯的烧杯中,再往溶液中添加10 mmolNa3N并搅拌均匀得到溶液Ⅰ;
步骤二:将混合溶液Ⅰ转移至100 mL不锈钢反应釜聚四氯乙烯内衬中并拧紧密封,在干燥箱中以280℃加热10 h进行反应。在反应完全进行之后,待其自然冷却至室温,取出反应后的产物;
步骤三:将所得产物通过离心机将上层清液与底部沉淀分离,所得沉淀使用乙醇和去离子水洗涤数次;
步骤四:将洗涤后的反应产物沉淀放入恒温干燥箱中,在70℃下干燥24小时后自然冷却至室温,得到GaN 纳米粉末;
步骤五:称取2 mmol CuCl2和2 mmol CO(NH2)2 分别加入装有20mL去离子水的烧杯中得到溶液Ⅱ、Ⅲ,然后将其混合并搅拌均匀得到溶液Ⅳ,再向其中添加0.01 mmol GaN粉末,上述所有过程均在磁力搅拌下进行;
步骤六:将所得溶液转移至100 mL不锈钢反应釜聚四氯乙烯内衬中并拧紧密封,在干燥箱中以150℃加热6h进行反应,在反应完全进行之后,待其自然冷却至室温,取出反应后的产物;
步骤七:将所得产物通过离心机将上层清液与底部沉淀分离,所得沉淀使用乙醇和去离子水洗涤数次;
步骤八:将洗涤后的反应产物沉淀放入恒温干燥箱中,在70℃下干燥24小时后自然冷却至室温,得到GaN/Cu2(OH)3Cl粉末;
步骤九:将上述烘干的粉末添加到有机浆料中,有机浆料由质量比为60: 30: 10:6: 4 : 1 : 0.5松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、基纤维素、司班85、1,4丁内酯以及氢化蓖麻油的原料组成在80℃下烘烤24小时制得,先在研钵进行粗磨1h,形成具有一定黏度的气敏浆料,再将其移入球磨罐中进行精磨6h,得到能够刚好正常滴落,可以微喷的均匀且分散的气敏浆料,再对AlPO-C分子筛与有机浆料进行混合进行上述进行相同的步骤,得到AlPO-C分子筛催化膜浆料;
步骤十:先使用60微米孔径的针头将制备好的气敏浆料喷涂在陶瓷基片上,喷涂时间为1s,再放入恒温干燥箱中以75℃干燥25小时,之后在500℃烧结2.5h以去除有机浆料得到气敏膜,然后在气敏膜上通过100微米孔径的针头喷涂AlPO-C分子筛催化膜浆料,喷涂时间为1s,放入恒温干燥箱中以70℃干燥20小时,最后在马弗炉内在400℃和500℃下各烧制 2 小时,制得最终所需的气敏材料。
实施例2
步骤一:称取10 mmol GaCl3加入装有60 mL苯的烧杯中,再往溶液中添加10 mmolNa3N并搅拌均匀得到溶液Ⅰ;
步骤二:将混合溶液Ⅰ转移至100 mL不锈钢反应釜聚四氯乙烯内衬中并拧紧密封,在干燥箱中以280℃加热10 h进行反应,在反应完全进行之后,待其自然冷却至室温,取出反应后的产物;
步骤三:将所得产物通过离心机将上层清液与底部沉淀分离,所得沉淀使用乙醇和去离子水洗涤数次;
步骤四:将洗涤后的反应产物沉淀放入恒温干燥箱中,在70℃下干燥24小时后自然冷却至室温,得到GaN 纳米粉末;
步骤五:称取2 mmol CuCl2和2 mmol CO(NH2)2 分别加入装有20mL去离子水的烧杯中得到溶液Ⅱ、Ⅲ,然后将其混合并搅拌均匀得到溶液Ⅳ,再向其中添加0.015 mmol GaN粉末,上述所有过程均在磁力搅拌下进行;
步骤六:将所得溶液转移至100 mL不锈钢反应釜聚四氯乙烯内衬中并拧紧密封,在干燥箱中以150℃加热6h进行反应,在反应完全进行之后,待其自然冷却至室温,取出反应后的产物;
步骤七:将所得产物通过离心机将上层清液与底部沉淀分离,所得沉淀使用乙醇和去离子水洗涤数次;
步骤八:将洗涤后的反应产物沉淀放入恒温干燥箱中,在70℃下干燥24小时后自然冷却至室温,得到GaN/Cu2(OH)3Cl粉末;
步骤九:将上述烘干的粉末添加到有机浆料中,有机浆料由质量比为60: 30: 10:6: 4 : 1 : 0.5松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、基纤维素、司班85、1,4丁内酯以及氢化蓖麻油的原料组成在80℃下烘烤24小时制得,先在研钵进行粗磨1h,形成具有一定黏度的气敏浆料,再将其移入球磨罐中进行精磨6h,得到能够刚好正常滴落,可以微喷的均匀且分散的气敏浆料,再对AlPO-C分子筛粉末与有机浆料进行混合进行上述相同的步骤,得到AlPO-C分子筛催化膜浆料;
步骤十:先使用60微米孔径的针头将制备好的气敏浆料喷涂在陶瓷基片上,喷涂时间为1s,再放入恒温干燥箱中以75℃干燥25小时,之后在500℃烧结2.5h以去除有机浆料得到气敏膜,然后在气敏膜上通过100微米孔径的针头喷涂AlPO-C分子筛催化膜浆料,喷涂时间为1s,放入恒温干燥箱中以70℃干燥20小时,最后在马弗炉内在400℃和500℃下各烧制 2 小时,制得最终所需的气敏材料。
实施例3
步骤一~八同实施例二;
步骤九:将上述烘干的粉末添加到有机浆料中,有机浆料由质量比为60: 30: 10:6: 4 : 1 : 0.5松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、基纤维素、司班85、1,4丁内酯以及氢化蓖麻油的原料组成在80℃下烘烤24小时制得,先在研钵进行粗磨1h,形成具有一定黏度的气敏浆料,再将其移入球磨罐中进行精磨6h,得到可以微喷的均匀且分散的气敏浆料,再对13X型分子筛粉末与有机浆料进行混合进行上述相同的步骤,得到13X催化膜浆料;
步骤十:先使用60微米孔径的针头将制备好的气敏浆料喷涂在陶瓷基片上,喷涂时间为1s,再放入恒温干燥箱中以75℃干燥25小时,之后在500℃烧结2.5h以去除有机浆料得到气敏膜,然后在气敏膜上通过100微米孔径的针头喷涂13X催化膜浆料,喷涂时间为1s,放入恒温干燥箱中以70℃干燥20小时,最后在马弗炉内在400℃和500℃下各烧制 2 小时,制得最终所需的气敏材料。
测试方法以及测试结果
气敏测试方法:固定测试气体(硫化氢)的浓度为10ppm,湿度(一般在40-60%),工作方式为恒温,将工作温度范围设置为30℃~130℃,调制温度阶梯为20℃,从高到低依次进行测试,纪录对应工作温度下的响应值。
如图1、图2以及图3所示分别对应实施例1、实施例2以及实施例3中制备的气敏膜以及气敏膜与催化膜复合后在不同温度下分别对10ppm H2S的响应灵敏度。
实施例1~实施例3中所得产物均对10ppmH2S表现出优良的敏感度,且均在较低的70℃时响应最高,此外可以看到其13X+GaN/Cu2(OH)3Cl的响应值相比实施例二中的AlPO-C分子筛+GaN/Cu2(OH)3Cl有了一定下降。其中相对于单层GaN/Cu2(OH)3Cl,覆盖了AlPO-C分子筛催化膜的GaN/Cu2(OH)3Cl复合材料对于硫化氢具有更高的响应度。本申请的气敏材料制备方法具有生产工艺简单、制备周期较短和制备过程易控制等优点,有望推进修饰型金属氧化物半导体在气体传感方面的大规模应用。此外本申请得到的分子筛催化膜尤其是了AlPO-C分子筛覆盖的GaN/Cu2(OH)3Cl复合材料具有工作温度偏低、稳定性好以及灵敏度高等优点,且对硫化氢具有良好的选择性。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,便于具体和详细地理解本申请的技术方案,但并不能因此而理解为对申请专利保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。应当理解,本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上,通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案,均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种硫化氢气敏材料,其特征在于,包括层叠的气敏膜以及催化膜;
其中,所述气敏膜的材料包括物质的量比为 (1~5) : 100的氮化镓以及羟基氯化铜的复合材料;
所述催化膜的材料包括分子筛。
2.如权利要求1所述的硫化氢气敏材料,其特征在于,所述氮化镓的粒径为20nm~40nm。
3.如权利要求1所述的硫化氢气敏材料,其特征在于,所述复合材料的制备方法包括以下步骤:
利用溶剂热法制备所述氮化镓;
混合所述氮化镓、氯化铜、尿素以及无机溶剂,第一加热处理以及分离出第一固体。
4.如权利要求3所述的硫化氢气敏材料,其特征在于,所述氮化镓的制备方法包括以下步骤:
混合氯化镓、氮化钠以及有机溶剂,第二加热处理以及分离出第二固体。
5.如权利要求1所述的硫化氢气敏材料,其特征在于,所述分子筛的孔径为3.1Å~3.4Å。
6.如权利要求1或5所述的硫化氢气敏材料,其特征在于,所述分子筛包括AlPO-C分子筛或13X型分子筛。
7.如权利要求1~5中任一项所述的硫化氢气敏材料,其特征在于,满足以下一个或多个条件:
(1)所述气敏膜的厚度为1μm ~5μm;
(2)所述催化膜的厚度为10μm ~15μm;
(3)所述气敏膜的厚度与所述催化膜的厚度比为(3~7) : 3。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的硫化氢气敏材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用物质的量比为(1~5) : 100的氮化镓以及羟基氯化铜的所述复合材料,制备气敏浆料;
制备催化浆料;
采用所述气敏浆料制备气敏浆料膜,经第一次干燥以及第一次烧结制备气敏膜;
采用所述催化浆料,在所述气敏膜的表面制备催化浆料膜,经第二次干燥以及第二次烧结。
9.如权利要求8所述的硫化氢气敏材料的制备方法,其特征在于,所述气敏浆料以及所述催化浆料各自独立地包括有机浆料,所述有机浆料包括松油醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙基纤维素、司班85、1,4-丁内酯以及氢化蓖麻油中的一种或多种。
10.一种气体传感器,其特征在于,包括如权利要求1~7任一项所述的硫化氢气敏材料。
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2023
- 2023-07-25 CN CN202310913814.3A patent/CN116626137B/zh active Active
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