[发明专利]一种基于二维磁性纳米复合纳米材料的氨气气体传感器的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种氨气气体传感器的制备方法，具体是基于二维片状的磁性纳米材料所构建的气敏传感器，可用于检测环境中氨气气体含量。属于新型纳米功能材料与环境监测技术领域。本发明首先制备了一种铁和钴双金属原位复合的氮掺杂二氧化钛纳米片FeCo‑N@TiO₂，利用该材料大的比表面积、介孔高气体吸附特性和电子传递受材料表面气体变化而影响敏感的诸多特性，实现了对氨气气体具有灵敏、快速响应的气敏传感器的构建。

技术领域

本发明涉及一种氨气气体传感器的制备方法。属于新型纳米功能材料与环境监测技术领域。

背景技术

氨在工业上常被用来制造氨水、氮肥（尿素、碳铵等）等，还有一些含氮无机盐及有机物中间体等也都需直接以氨为原料。因此，氨在化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等领域具有广泛的用途。但是，氨在常温常压下以气体的形式存在，也就是氨气。氨气是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，对人的皮肤、眼睛以及呼吸器官的粘膜具有刺激、灼伤作用，如果吸入过多，能引起肺肿胀，以至死亡。虽然氨气的刺激性是可靠的有害浓度报警信号，但由于嗅觉疲劳，长期接触后对低浓度的氨气会难以察觉，而形成潜在危险。

目前，对于氨气的检测方法主要有化学检验法和仪器检验法。化学检验法虽操作简单，但灵敏度不高以及无法重复使用等缺点；仪器检验法，主要使用氨气气体检测仪表对空气中的氨气气体浓度进行定量检测，具有灵敏度高、可重复使用、自动化程度高等优点，而被广泛应用到工业生产当中。

对于仪器检验法所使用的氨气气体检测仪，最核心的部件是对氨气气体具有定性定量响应的气敏传感器，也就是涂覆有不同纳米功能材料的气敏元件。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，原理是基于声表面波器件的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。

灵敏度是气敏传感器气敏特性的重要表征。灵敏度定义为传感器在大气气氛中的电阻值R_a与传感器在一定浓度的被测气体气氛中的电阻值R_g的比值，即

因此，探究吸附性强、稳定性能好、催化活性高、对氨气气体具有特异性识别和可定量检测的气敏传感材料，进而制备具有灵敏度高、响应快速、恢复时间短等特性的氨气气体传感器对工业生产、人类健康具有重要的应用价值，同时也是环境监测技术领域研究的重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备简单、灵敏度高、检测快速的可用于氨气气体检测的气敏传感器的制备方法，所制备的传感器，可用于氨气气体的快速、灵敏检测。基于此目的，本发明首先制备了一种二维片状的磁性纳米材料，即铁和钴双金属原位复合的氮掺杂二氧化钛纳米片FeCo-N@TiO₂，利用该材料大的比表面积、介孔高气体吸附特性和电子传递受材料表面气体变化而影响敏感的诸多特性，实现了对氨气气体具有灵敏、快速响应的气敏传感器的构建。

本发明采用的技术方案如下：

1. 一种基于二维磁性纳米复合纳米材料的氨气气体传感器的制备方法，所述的二维磁性纳米复合纳米材料为铁和钴双金属原位复合的氮掺杂二氧化钛纳米片FeCo-N@TiO₂；

其特征在于，所述的制备方法包括以下制备步骤：

（1）FeCo-N@TiO₂的制备；

（2）氨气气体传感器的制备；

其中，步骤（1）制备FeCo-N@TiO₂的具体步骤为：