本發(fā)明涉及一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料、應(yīng)用及傳感器，屬于氣體檢測。

背景技術(shù)：

1、作為最簡單的烯烴，乙烯(c2h4)由四個(gè)氫原子與一對雙鍵碳原子結(jié)合而成，其比重與空氣相似，因此，它可以在空氣中自由擴(kuò)散，在空氣中的平均濃度為百萬分之二左右。盡管乙烯的體積很小，在自然界中的濃度可以忽略不計(jì)，但它在環(huán)境和健康科學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。在植物的生長過程中，濃度為10ppm的乙烯可以使植物發(fā)生非常顯著的變化，一般來說，當(dāng)乙烯濃度超過5ppm時(shí)，植物會腐爛。在醫(yī)學(xué)的角度上來看，人體呼氣中濃度約10ppb的微量乙烯可能是肺上皮細(xì)胞脂質(zhì)過氧化的指標(biāo)。汽車尾氣和工業(yè)廢氣中也會產(chǎn)生乙烯，這是城市地區(qū)快速形成臭氧的主要前體之一；在新能源汽車的電池發(fā)生熱失穩(wěn)時(shí)也會產(chǎn)生少量乙烯。因此，對低濃度的乙烯進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的現(xiàn)場分析和檢測具有重要意義。

2、然而由于乙烯氣體體積小、缺乏極性化學(xué)官能團(tuán)和有限的物理化學(xué)反應(yīng)能力，所以檢測低濃度的乙烯氣體具有挑戰(zhàn)性。目前，檢測乙烯氣體的濃度有氣相色譜法、紅外吸收法和光聲原理測量法等。然而，想要將檢測靈敏度提高到ppb量級以及檢測低濃度乙烯，需要長光路和高能紅外激光光源，這大大提高了檢測用傳感器的成本和體積，難以推廣應(yīng)用。

3、目前，由于半導(dǎo)體金屬氧化物氣體傳感器具有易集成、可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，在乙烯檢測領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，常用的半導(dǎo)體金屬氧化物材料有氧化錫、氧化鋅和氧化鐵等。文獻(xiàn)fabrication?of?pd-loadedα-fe2o3?decorated?rgo?hybrids?for?highly?sensitiveh2?sensing和flexible?construction?of?rgo-encapsulated?fine?pd?fe2o3?compositewith?elevated?photo-fenton?reaction?performance中用乙酸鈉(ch3coona)制備了球形的pd-fe2o3/rgo材料，但用于檢測時(shí)，傳感器值不穩(wěn)定，基線漂移嚴(yán)重。

4、因此，亟待一種在提高檢測靈敏度的同時(shí)可以穩(wěn)定大范圍檢測并減小檢測傳感器體積，便于傳感器與電路板的集成使用的氣敏檢測材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種fe2o3/pd/rgo(二氧化三鐵/鈀/還原氧化石墨烯)多元納米材料，其中多元是指fe2o3、pd和rgo三種材料組成多元異質(zhì)結(jié)，納米是指所述材料整體尺寸在納米級別。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用為用于乙烯的檢測。

3、本發(fā)明的目的之二在于提供一種傳感器，所述傳感器用于檢測乙烯。

4、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供以下技術(shù)方案。

5、一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料，所述材料通過如下制備方法制備得到：

6、(1)將氧化石墨烯(go)粉末加入水中，超聲解離，得到氧化石墨烯解離液，向氧化石墨烯解離液中加入三氧化二鐵(fe2o3)納米顆粒、l-抗壞血酸與氯化鈀(pdcl2)，攪拌均勻，用水浴或油浴加熱并且持續(xù)攪拌，得到紅褐色沉淀。

7、步驟(1)中：

8、所述水為去離子水純度以上的水。

9、優(yōu)選超聲解離中采用的超聲功率為90w，超聲時(shí)間為3h。

10、三氧化二鐵(fe2o3)納米顆粒為類球狀和/或球狀的多孔結(jié)構(gòu)，可采用本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)獲得。優(yōu)選采用如下制備方法制得：

11、將氯化鐵、四丁基溴化銨(tbab)和尿素溶解在乙二醇(eg)中，得到的紅色混合溶液，持續(xù)攪拌下加熱至混合溶液沸騰，直至完全變成綠色，將得到的綠色反應(yīng)物用水和乙醇分別進(jìn)行洗滌，分離得到紅色沉淀，干燥直至水分完全去除，得到三氧化二鐵納米顆粒；優(yōu)選氯化鐵、四丁基溴化銨(tbab)和尿素間的質(zhì)量之比為1:2.5:2。

12、優(yōu)選氯化鈀質(zhì)量為三氧化二鐵質(zhì)量的1.6％～2.4％；優(yōu)選氧化石墨烯粉末為三氧化二鐵質(zhì)量的4％；優(yōu)選l-抗壞血酸的質(zhì)量為氯化鈀與氧化石墨烯粉末質(zhì)量之和的20倍～40倍。

13、優(yōu)選水浴或油浴加熱的溫度為80℃～90℃，時(shí)間為20小時(shí)～24小時(shí)。

14、(2)將步驟(1)所得的紅褐色沉淀用水和乙醇分別洗滌，然后干燥，再在350℃～380℃空氣中焙燒2小時(shí)～3小時(shí)，得到紅褐色顆粒，為一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料。

15、一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用為將所述材料作為氣敏材料用于氣體乙烯的檢測；進(jìn)一步地，檢測限為1ppm～5000ppm濃度范圍。

16、一種傳感器，所述傳感器為用于檢測乙烯的傳感器，其中，采用的氣敏材料為本發(fā)明所述的一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料。

17、具體的說，所述傳感器為粘結(jié)有本發(fā)明所述的一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料作為氣敏材料的微熱板芯片；所述傳感器的制備方法如下：

18、將本發(fā)明所述的一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料通過充分研磨得到粒徑為微米級的粉末，將粉末溶于醇類有機(jī)溶劑與水的混合溶劑中，混合均勻，得到漿料；將漿料涂于微熱板芯片的敏感區(qū)域上，干燥后，在280℃～350℃下退火2h～4h，使氣敏材料穩(wěn)定粘結(jié)于敏感區(qū)域，得到氣敏元件；在密封環(huán)境中，給微熱板芯片的加熱電極通2.5v的電壓老化2天～3天，得到傳感器。

19、所述水為去離子水純度以上的水。

20、優(yōu)選所述漿料的濃度為50mg/ml～75mg/ml。

21、所述微熱板芯片主要由絕緣層、加熱電極、敏感區(qū)域、測試電極與梁組成，梁連接敏感區(qū)域與表面絕緣層，形成懸空結(jié)構(gòu)，懸空結(jié)構(gòu)減小了所述氣敏材料達(dá)到所需工作溫度的電壓，有助于減小傳感器功耗，降低成本。

22、所述傳感器工作時(shí)，加熱電極給敏感區(qū)域加熱提供工作溫度，乙烯氣體濃度轉(zhuǎn)換為材料的電阻信號通過測試電極傳到外部電路，實(shí)現(xiàn)對乙烯的準(zhǔn)確測量。

23、有益效果

24、(1)本發(fā)明提供了一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料，所述材料通過特定的制備方法制備得到，二維結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯片層上有序分布由大量fe2o3納米顆粒堆疊成的類球狀和/或球狀的多孔結(jié)構(gòu)；所述fe2o3納米顆粒具有大比表面積，有助于乙烯的吸附脫附，在提高檢測靈敏度的同時(shí)減小了檢測傳感器的體積，便于傳感器與電路板的集成使用。

25、(2)本發(fā)明提供了一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料，所述材料中，摻雜還原氧化石墨烯使fe2o3納米顆粒呈層狀有序排列，可以進(jìn)一步提高所述材料的比表面積，有助于檢測靈敏度的提高；同時(shí)，還改善了fe2o3的電學(xué)性，在還原氧化石墨烯與fe2o3之間形成異質(zhì)結(jié)，形成電子耗盡層，有效提高了所述材料對目標(biāo)乙烯氣體響應(yīng)的靈敏度并且降低了最佳工作溫度。

26、(3)本發(fā)明提供了一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料，所述材料中還摻雜有金屬鈀，提高了所述材料對乙烯的靈敏度、選擇性、響應(yīng)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間等，性能得到優(yōu)化。

27、(4)本發(fā)明提供了一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料，所述材料的制備采用油浴或水浴加熱法，采用抗壞血酸一步還原氯化鈀以及氧化石墨烯，制備過程簡單，可以大批量生產(chǎn)，提高材料制備效率，有助于降低傳感器成本。

28、(5)本發(fā)明提供了一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料的應(yīng)用，所述應(yīng)用為將所述材料作為氣敏材料用于氣體乙烯的檢測；檢測限為1ppm～5000ppm濃度范圍，檢測靈敏度高，穩(wěn)定性好且范圍大。

29、(6)本發(fā)明提供了一種傳感器，所述傳感器用于檢測乙烯，其中，采用的氣敏材料為本發(fā)明所述的一種fe2o3/pd/rgo多元納米材料；為使氣敏材料穩(wěn)定粘結(jié)于敏感區(qū)域，需要在280℃～350℃下退火2h～4h；所述氣敏材料的使用提高了所述傳感器的穩(wěn)定性和選擇性，減小了所述傳感器的尺寸、功耗及成本。

30、(7)本發(fā)明提供了一種傳感器，所述傳感器微熱板芯片的敏感區(qū)域與表面絕緣層之間通過梁連接，懸空的結(jié)構(gòu)減小了所述材料達(dá)到所需工作溫度的電壓，有助于減小傳感器功耗，降低成本。