[发明专利]一种氧化钼纳米纤维纸氢气传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化钼纳米纤维纸氢气传感器的制备方法，属于无机纳米功能材料氢气传感器技术领域。

背景技术

氢气可通过水解等方法制备，属于二次能源。氢气燃烧性能好，发热值高，燃烧后只产生水，且能回收利用，清洁无污染，广泛应用于工农业等诸多领域，是未来理想的新能源。但氢气易燃易爆，监测氢气需用高灵敏、快速响应、重复性好、温度应用范围广的传感器。常用的氢气传感器包括：半导体型、电化学型、光学型和热电型四类，其机理是当氢分子吸附到材料表面时，传动器电阻或电导或电压电流特性曲线或光学特性发生变化，从而获得测量数据。热电型氢气传感器材料可以大致分为无机热电材料和有机热电材料，其中无机热电材料虽然适用于较大温度变化的应用场所，有机热电型氢气传感器材料具备响应速度快、选择性好、稳定性好、易于集成化等优点，光学型氢气传感器材料响应快速、稳定性好、灵敏度高，电化学型氢气传感器虽然易于集成化，但这些氢气传感器均存在经过多次循环之后就会出现基体材料脱落、起泡现象、寿命短、或者是制造成本高等原因。半导体型氢气传感器灵敏度高、选择性好、长期稳定性好，价格低廉，容易实现大批量生产等优势，结构简单且有利于小型化和集成化。近年来，纳米材料的特殊优势如表面积效应，量子尺寸效应和量子隧道效应引起了广泛的探究，Pd、Pt、MoS₂、SnO₂、WO₃和ZnO等半导体纳米材料已经成功用于氢敏材料的研究。例如SimonFraserUniversity的BiJan.Miremadi等人研究了MoS₂纳米薄膜对氢气的响应，发现MoS₂纳米材料的电阻改变了将近三个数量级，当氢气的浓度达到1%含量时，对氢气表现出了较高的灵敏度（10³），并且具有较快的响应时间（10S-30S）和长期的稳定性，但是氢气传感器应用领域很广，MoS₂纳米薄膜对其它的气体也有响应，例如H₂S等气体，因此它的选择性还有待提高（“AhighlysensitiveandselectivehydrogengassensorfromthickorientedfilmsofMoS2”，Applied.Phys1996;271-175.）。WangZ以及HuY等人研究了Nb₂O₅纳米线的氢气敏感性能，在2000ppm浓度下响应时间为1.67min，由于其响应速度慢，在很多特殊场合难以实现快速响应的要求，存在很多需要克服和解决问题(Fastandhighly-sensitivehydrogensensingofNb2O5nanowiresatroomtemperature[J].internationaljournalofhydrogenenergy,2012,37(5):4526-4532.)。进一步的，YangS以及HuY等人研究了氧化钼纳米线的氢气传感器的问题，尽管在1000ppm、室温条件下响应时间可以达到14.1s，但是由于其恢复时间有待优化，导致其应用受到限制（HighlyResponsiveRoom-TemperatureHydrogenSensingofα-MoO3NanoribbonMembranes[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2015,7(17):9247-9253.）。近年来氧化钼(MoO₃)作为一种过渡金属半导体材料，吸引了研究者的广泛关注，在光电、氢气传感器器件等方面具有极大的潜在应用价值。MoO₃化学稳定性很好，即使暴露在有各种化学物质和气体的环境中，也不容易发生反应，将其作为氢气敏感材料可以提高传感器的灵敏度和化学稳定性。合成纳米材料的方法有很多，一种采用水热法自组装技术制备的氧化钼纳米纤维纸作为敏感材料《一种氧化钼纳米纤维纸及其制备方法》（申请号：201510308204.6），其优良的均一性、大的表面体积比以及优异的多空薄膜结构，可以提高氢气传感器的响应速度、灵敏度以及可重复性，极高的表面体积比有助于提高传感器的灵敏度和响应速度。水热法自组装技术合成工艺简单、重复性好，产量高，可实现大批量生产，并可在衬底上实现纳米纤维纸的直接自发组装。进一步如直接在氧化钼纳米线纤维纸的表面溅射Pt/Pd电极，构建电阻型氢气传感器，是改善稳定性、提高传感器敏感性能的有效措施。一种在氧化钼纳米纤维纸的单侧表面上溅射金属Pt/Pd纳米颗粒阵列构成电极制作氢气传动器的设想及实践，未见于已公开的文献或专利技术中。

发明内容