一種二硫化鉬基雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于二硫化鉬/雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制備 方法，所制備的氣體傳感器可用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測。屬于新型納米功能材料與 環(huán)境安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 揮發(fā)性芳烴類化合物是煤，石油，木材，煙草，有機高分子化合物等有機物不完全 燃燒時產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠衔铮侵匾沫h(huán)境和食品污染物，其中有相當(dāng)部分具有致癌 性。因此，研發(fā)對揮發(fā)性芳烴類化合物能夠靈敏、快速響應(yīng)的氣體傳感器對人們的日常生活 和工業(yè)生產(chǎn)具有十分重要的意義。
[0003] 氣體傳感器是氣體檢測儀器的核心部件，是對單一或多種待測氣體具有定性定量 響應(yīng)的氣敏傳感器，也就是涂覆有不同納米功能材料的氣敏元件。其響應(yīng)原理是基于聲表 面波器件的波速和頻率會隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。它主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、 接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學(xué)氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器。
[0004] 靈敏度是氣敏傳感器氣敏特性的重要表征。靈敏度定義為傳感器在大氣氣氛中的 電阻值尺與傳感器在一定濃度的被測氣體氣氛中的電阻值兄的比值，即
現(xiàn)階段氣體傳感器多為旁熱式半導(dǎo)體敏感結(jié)構(gòu)的傳感器，采用新型的納米功能材料作 為氣敏傳感器的氣敏傳感材料，因此，探究吸附性強、穩(wěn)定性能好、響應(yīng)快速、檢測靈敏的氣 敏傳感材料，進而制備具有靈敏度高、響應(yīng)快速、恢復(fù)時間短等特性的氣體傳感器對工業(yè)生 產(chǎn)、人類健康具有重要的應(yīng)用價值，同時也是環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域研究的重點和難點。
[0005] 二硫化鉬，化學(xué)式為MoS2,英文名稱為molybdenum disulfide，是輝鉬礦的主要成 分，是應(yīng)用最廣泛的固體潤滑劑之一。其納米二維結(jié)構(gòu)，是性能優(yōu)異的半導(dǎo)體納米材料，除 了具有大的比表面積，增強吸附性能，還可以作為催化劑的載體，提高負(fù)載量，同時作為助 催化劑也具有優(yōu)良的電子傳遞性能。
[0006] 目前，大多數(shù)的合成手段都是分開合成后，再將催化劑與載體進行復(fù)合，過程繁 瑣，產(chǎn)率不高。因此，對于一鍋法制備具有優(yōu)良催化性能的催化劑具有廣泛的應(yīng)用前景和重 要的科學(xué)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種制備簡單、靈敏度高、檢測快速的可用于揮發(fā)性芳烴 類化合物檢測的氣敏傳感器的制備方法?；诖四康模景l(fā)明先采用一鍋法制備出二硫化 鉬/鎳鈀合金納米復(fù)合材料M 〇S2/NiPd，然后將其均勻涂覆在以絕緣陶瓷管為基底的氣敏元 件上，從而實現(xiàn)了對揮發(fā)性芳烴類化合物具有靈敏、快速響應(yīng)的氣體傳感器的構(gòu)建。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 1. 一種二硫化鉬基雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制備方法，其特征在于， 制備步驟為： (1) 取35 mL的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶液，加入0. 02~0. 06 g六水合二氯化鎳 NiCl2WH2O和2~6 mL的氯鈀酸H2PdCl4溶液，攪拌15分鐘后，繼續(xù)攪拌并相繼加入2~6 mL 的抗壞血酸溶液，0. 5~1. 5 mL的鉬酸鈉 Na2MoO4溶液和0. 01~0. 03 g硫化鈉 Na 2S，攪拌15 分鐘后，放入反應(yīng)爸中，在150~220°C下，反應(yīng)12~16小時；冷卻至室溫后，使用去離子水離 心洗滌，在40 °C下進行真空干燥，即制得二硫化鉬/鎳鈀合金納米復(fù)合材料M〇S2/NiPd ; (2) 將步驟（1)中制備的M〇S2/NiPd置于研缽中，加入無水乙醇，研磨至糊狀； (3) 將步驟（2)中制備的糊狀的M〇S2/NiPd均勻涂覆在絕緣陶瓷管表面形成涂膜，在室 溫下晾干； (4) 將步驟（3)中制備的絕緣陶瓷管兩側(cè)的鉑絲以及加熱絲與底座進行焊接； (5) 將步驟（4)中焊接好的元件放置在檢測儀器中，通過調(diào)節(jié)加熱電壓至4. 22V進行老 化處理，即制得氣體傳感器的氣敏元件； 所述的CTAB溶液的濃度為0· I mol/L，所述的H2PdCl4濃度為0.03 mol/L，所述的抗壞 血酸溶液濃度為〇· 3 mol/L，所述的似#〇04溶液濃度為0· I m〇l/L〇
[0009] 2.本發(fā)明所述的一種二硫化鉬基貴金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制備 方法，其特征在于，所述的氣體傳感器的用途為可用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測。
[0010] 3.本發(fā)明所述氣體傳感器的用途，其特征在于，其中所述的揮發(fā)性芳烴類化合物 為苯、甲苯、二甲苯和苯乙稀。
[0011] 本發(fā)明的有益成果 (1) 本發(fā)明所述的氣體傳感器制備簡單，操作方便，實現(xiàn)了對揮發(fā)性芳烴類化合物的快 速、靈敏檢測，具有市場發(fā)展前景； (2) 本發(fā)明首次采用一鍋法制備了 M〇S2/NiPd，并將其應(yīng)用于氣體傳感器的制備中，利 用M〇S 2/NiPd的大比表面積以增強吸附性能和提高金屬催化劑的吸附量，顯著提高了氣敏 元件對揮發(fā)性芳烴類化合物的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，大大提高了對揮發(fā)性芳烴類化合物檢測 的靈敏度，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
【具體實施方式】
[0012] 實施例1 MoS2/NiPd的制備方法 取35 mL濃度為0.1 mol/L的CTAB溶液，加入0. 02 g的NiCl2 · 6H20和2 mL濃度為 0· 03 mol/L的H2PdCl4溶液，攪拌15分鐘后，繼續(xù)攪拌并相繼加入2 mL濃度為0· 3 mol/L 的抗壞血酸溶液，0. 5 mL濃度為0.1 mol/L的Na2MoO4溶液和0. 01 g的Na 2S，攪拌15分鐘 后，放入反應(yīng)釜中，在180°C下，反應(yīng)14小時；冷卻至室溫后，使用去離子水離心洗滌，在40 °(：下進行真空干燥，即制得M 〇S2/NiPd。
[0013] 實施例2 MoS2/NiPd的制備方法 取35 mL濃度為0.1 mol/L的CTAB溶液，加入0. 04 g的NiCl2 · 6H20和4 mL濃度為 0· 03 mol/L的H2PdCl4溶液，攪拌15分鐘后，繼續(xù)攪拌并相繼加入4 mL濃度為0· 3 mol/L 的抗壞血酸溶液，1.0 mL濃度為0.1 mol/L的Na2MoO4溶液和0. 02 g的Na 2S，攪拌15分鐘 后，放入反應(yīng)釜中，在150°C下，反應(yīng)16小時；冷卻至室溫后，使用去離子水離心洗滌，在40 °(：下進行真空干燥，即制得M 〇S2/NiPd。
[0014] 實施例3 MoS2/NiPd的制備方法 取35 mL濃度為0.1 mol/L的CTAB溶液，加入0. 06 g的NiCl2 · 6H20和6 mL濃度為 0· 03 mol/L的H2PdCl4溶液，攪拌15分鐘后，繼續(xù)攪拌并相繼加入6 mL濃度為0· 3 mol/L 的抗壞血酸溶液，I. 5 mL濃度為0.1 mol/L的Na2MoO4溶液和0. 03 g的Na 2S，攪拌15分 鐘后，放入反應(yīng)釜中，在220°C下，反應(yīng)12小時；冷卻至室溫后，使用去離子水離心洗滌，在 40 °C下進行真空干燥，即制得M〇S2/NiPd。
[0015] 實施例4本發(fā)明所述的二硫化鉬基雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制 備方法，步驟如下： (1) 將實施例1中制備的M〇S2/NiPd置于研缽中，加入無水乙醇，研磨至糊狀； (2) 將步驟（1)中制備的糊狀的M〇S2/NiPd均勻涂覆在絕緣陶瓷管表面形成涂膜，在室 溫下晾干； (3) 將步驟（2)中制備的絕緣陶瓷管兩側(cè)的鉑絲以及加熱絲與底座進行焊接； (4) 將步驟（3)中焊接好的元件放置在檢測儀器中，通過調(diào)節(jié)加熱電壓至4. 22V進行老 化處理，即制得氣體傳感器的氣敏元件。
[0016] 實施例5本發(fā)明所述的二硫化鉬基雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制 備方法，步驟如下： (1) 將實施例2中制備的M〇S2/NiPd置于研缽中，加入無水乙醇，研磨至糊狀； (2) ~ (4)的步驟同實施例4。
[0017] 實施例6本發(fā)明所述的二硫化鉬基雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制 備方法，步驟如下： (1) 將實施例3中制備的M〇S2/NiPd置于研缽中，加入無水乙醇，研磨至糊狀； (2) ~ (4)的步驟同實施例4。
[0018] 實施例7實施例4所制備的氣體傳感器，應(yīng)用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測，具 有優(yōu)良的檢測效果，具體為：響應(yīng)時間< 15 s，檢測限為I. 2 ppm，靈敏度為13. 0,所述的揮 發(fā)性芳烴類化合物為苯。
[0019] 實施例8實施例5所制備的氣體傳感器，應(yīng)用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測，具 有優(yōu)良的檢測效果，具體為：響應(yīng)時間< 15 s，檢測限為I. 2 ppm，靈敏度為12. 5,所述的揮 發(fā)性芳烴類化合物為甲苯。
[0020] 實施例9實施例6所制備的氣體傳感器，應(yīng)用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測，具 有優(yōu)良的檢測效果，具體為：響應(yīng)時間< 15 s，檢測限為I. 4 ppm，靈敏度為12. 8,所述的揮 發(fā)性芳烴類化合物為二甲苯。
[0021] 實施例10 實施例5所制備的氣體傳感器，應(yīng)用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測， 具有優(yōu)良的檢測效果，具體為：響應(yīng)時間<15 s，檢測限為1.3 ppm，靈敏度為13. 2,所述的 揮發(fā)性芳烴類化合物為苯乙烯。
【主權(quán)項】
1. 一種二硫化鉬基雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制備方法，其特征在于， 制備步驟為： (1) 取35 mL的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶液，加入0. 02~0. 06 g六水合二氯化鎳 NiCl2WH2O和2~6 mL的氯鈀酸H2PdCl4溶液，攪拌15分鐘后，繼續(xù)攪拌并相繼加入2~6 mL 的抗壞血酸溶液，0. 5~1. 5 mL的鉬酸鈉Na2MoO4溶液和0. 01~0. 03 g硫化鈉Na 2S，攪拌15 分鐘后，放入反應(yīng)爸中，在150~220°C下，反應(yīng)12~16小時；冷卻至室溫后，使用去離子水離 心洗滌，在40 °C下進行真空干燥，即制得二硫化鉬/鎳鈀合金納米復(fù)合材料M〇S2/NiPd ; (2) 將步驟（1)中制備的M〇S2/NiPd置于研缽中，加入無水乙醇，研磨至糊狀； (3) 將步驟（2)中制備的糊狀的M〇S2/NiPd均勻涂覆在絕緣陶瓷管表面形成涂膜，在室 溫下晾干； (4) 將步驟（3)中制備的絕緣陶瓷管兩側(cè)的鉑絲以及加熱絲與底座進行焊接； (5) 將步驟（4)中焊接好的元件放置在檢測儀器中，通過調(diào)節(jié)加熱電壓至4. 22V進行老 化處理，即制得氣體傳感器的氣敏元件； 所述的CTAB溶液的濃度為0? I mol/L，所述的H2PdCl4濃度為0.03 mol/L，所述的抗壞 血酸溶液濃度為〇? 3 mol/L，所述的似#〇04溶液濃度為0? I m〇l/L〇2. 如權(quán)利要求1所述的一種二硫化鉬基貴金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制 備方法，其特征在于，所述的氣體傳感器的用途為可用于揮發(fā)性芳烴類化合物的檢測。3. 如權(quán)利要求2所述的氣體傳感器的用途，其特征在于，其中所述的揮發(fā)性芳烴類化 合物為苯、甲苯、二甲苯和苯乙稀。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于檢測揮發(fā)性芳烴類化合物的氣體傳感器的制備方法，具體是基于二硫化鉬/雙金屬納米復(fù)合材料構(gòu)建的氣體傳感器的制備方法，屬于新型納米功能材料與環(huán)境安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先采用一鍋法制備了二硫化鉬/鎳鈀合金納米復(fù)合材料MoS2/NiPd，將其涂覆于氣敏元件上，進而制得了靈敏度高、響應(yīng)快速的用于檢測揮發(fā)性芳烴類化合物的氣體傳感器。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號】CN105136977
【申請?zhí)枴緾N201510397949
【發(fā)明人】李嬌嬌, 張勇, 魏琴, 王歡, 王耀光
【申請人】濟南大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月9日