[发明专利]一种基于液滴界面反应的纳米金自组装膜气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于液滴界面反应的纳米金自组装膜气体传感器的制备及应用方法。

背景技术

近年来，一种利用异相反应将纳米粒子合成与自组装一步完成的方法逐渐发展起来。由于通常需要借助液体的表/界面，可称之为界面反应自组装法。例如，通过气/液界面Hg2+与H2S的反应，刘洪国和郝京诚等在花生四烯酸单层中一步合成了β-HgS纳米晶规则阵列。与气/液界面相比，液/液界面反应自组装在氧化还原体系选择方面自由度相对较大，能够自发形成致密的自组装膜，具有其操作简单、重现性好等特点。由于液/液界面上没有优先形核点，利于形成单分散纳米粒子；且液/液界面具有流动性、张力环境和二维限制作用，可以将不断反应形成的纳米粒子限制于界面内，起到了压缩作用，因此保证了自组装膜的致密性。Rao等用液/液界面反应方法合成了纳米金属、合金、硫化物等系列自组装膜。Sanyal和Bera等以X光散射技术现场分析了Au纳米粒子液/液界面反应自组装过程，发现在反应初期甲苯/水界面首先会形成一些Au纳米粒子团簇(d≈7nm)，团簇结合成自组装膜后，彼此之间仍保持有约4nm的间隙，表明有机配体分子既起到保护单个Au纳米粒子的作用，又桥接了Au纳米粒子团簇。

由于Au纳米粒子是通过配体分子彼此连接起来的，因此其电子传输过程也主要受配体分子阻抗的支配。理论上，当有气体分子吸附于配体分子上时会对电子传输过程产生新的阻抗，表现为阻抗信号，从而使Au纳米粒子自组装膜形成阻抗响应效应，表现为气体敏感性。利用Au纳米粒子自组装膜制备新型气体传感器需要解决两方面的问题。其一，要解决Au纳米粒子自组装膜厚度极薄(80nm左右)导致其自身阻抗大、信号弱的问题；其二，一般液/液界面反应得到的Au纳米粒子自组装膜需要转移到电极上，但这一过程容易导致薄膜的破坏。本发明提出直接在金插指微阵列电极(IDA)表面进行液滴界面反应，在甲苯/水界面形成金纳米粒子自组装膜可以直接在IDA上形成，并与其形成良好接触，进而组成阻抗型传感器。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用金纳米自组装膜进行有机物气体传感分析的方法及应用。

具体步骤为：

(1)将金插指微阵列(IDA)电极玻片浸入含有1-5mmol/L三苯基磷氯金的甲苯溶液，微阵列电极面朝上方；用移液器在IDA电极位置处加入100-300μL含有1-5mmol/L四羟甲基氯化磷水溶液，形成液滴；液滴大小取决于IDA电极的尺寸，通过水溶液加入量进行调节；

(2)三苯基磷氯金与四羟甲基氯化磷在甲苯/水不互溶界面反应5-200分钟，三苯基磷氯金被四羟甲基氯化磷还原形成纳米金粒子；金纳米粒子在甲苯/水界面通过反应形成的有机磷配体(即三苯基磷和三羟甲基磷)彼此相互连接，构成超薄纳米金自组装膜；

(3)将反应后的IDA电极玻片从甲苯溶液中取出，烘干后用去离子水和丙酮各进行3次清洗，移除界面反应残留物后烘干，得到由纳米金自组装膜与IDA电极直接接触构成的导电通路，构成阻抗型传感器；

(4)当甲醇、甲醛、苯或甲苯的有机物气体吸附于自组装膜表面时，通过自组装膜的电流会显著降低；当有机物气体脱附后电流又恢复到原有水平，显示出气体敏感性，能够作为气体传感器加以应用。

本发明操作简单，相应速度快，重现性好，对有机气体的选择性强。

附图说明

附图为本发明纳米金自组装膜气体传感器结构示意图。

图中标记：1-纳米金自组装膜；2-金插指微阵列(IDA)电极。

具体实施方式

实施例：

(1)将市购IDA电极玻片(50组电极阵列，正负极间距10μm)浸入含有3.3mmol/L三苯基磷氯金的甲苯溶液，微阵列电极面朝上方；用移液器在IDA电极位置处加入一滴(体积为165μL)含有3.3mmol/L四羟甲基氯化磷和31mmol/L氢氧化钾的水溶液，形成液滴；

(2)室温下(25℃)三苯基磷氯金与四羟甲基氯化磷在步骤(1)所示的甲苯/水不互溶液滴界面上反应10分钟，液滴形状逐渐变扁；颜色由无色透明变为淡黄色，此时薄膜已经形成；三苯基磷氯金被四羟甲基氯化磷还原形成纳米金粒子，在甲苯/水界面通过反应形成的有机磷配体(即三苯基磷和三羟甲基磷)彼此相互连接，构成超薄纳米金自组装膜；

(3)将经过步骤(2)反应处理的IDA电极玻片从甲苯溶液中取出，烘干后用去离子水和丙酮各进行3次清洗，移除界面反应残留物后烘干，得到由纳米金自组装膜与IDA电极直接接触构成的导电通路，进而构成阻抗型传感器；

(4)当甲醇、甲醛、苯或甲苯的有机物气体吸附于自组装膜表面时，通过自组装膜的电流会显著降低；当有机物气体脱附后电流又恢复到原有水平，显示出气体敏感性，能够作为气体传感器加以应用。