[发明专利]一种硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件及制备方法与应用，所述方法是通过掺硼的方式对TiO₂进行改性并用于制备光助气敏元件，该方法条件温和，易于操作，制备的B/TiO₂气敏元件在紫外光作用下显示出较佳的H₂和CO的响应性能，并表现出良好的稳定性和重复性，有助于促进半导体光助气敏传感器的实际应用。

技术领域

本发明属于气敏传感器技术领域，具体涉及一种硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件及制备方法与应用。

背景技术

随着工业的发展，环境问题也越来越严重，因此对空气中有毒、有害、易燃等气体的监测愈发重要。气敏传感器已经广泛应用于工业生产、家庭安全、环境检测、医疗卫生、石油化工等领域。半导体金属氧化物具有灵敏度高、响应时间短、成本较低、加工简便、无毒环保等优点，因此应用最广泛。目前，应用较多的气敏材料主要是n或p型的金属氧化物，例如：TiO₂，ZnO，SnO₂，WO₃等。但是使用过程中也存在一些问题：稳定性较差，选择性较低，工作温度较高，耗能较大，存在安全问题，使用寿命不长，智能化较低等。因此需要开发新型的气敏传感器。因为半导体材料本身具有光吸收、光电导的特性 ，在一定波长的光照条件下会发生光响应产生光生电子，所以用光激发提高金属氧化物气敏传感器的灵敏度是一个崭新的思路。TiO₂不仅具有良好的紫外光催化活性，并且对于特定气体具有良好的气敏特性，因此通过对TiO₂材料进行改性，提高灵敏度、重复性和稳定性的研究具有一定的现实意义。

H₂作为一种清洁能源，具有易燃易爆的性质，其生产、储存、使用存在很大的安全问题；CO不仅易燃易爆，而且在工业和室内环境中，容易对人体造成极大的伤害。H₂和CO均是无色、无味的气体，因此对H₂和CO的监测极为重要。通过元素掺杂的方式对TiO₂引入杂质能级，可以有效的提高对H₂、CO的气敏响应，重复性及稳定性。

发明内容

针对上述现有气敏材料存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备方法简单、反应条件温和、快速易行的硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件的制备方法及应用，该方法制备的气敏元件的灵敏度高，光助气敏性能稳定，重复性好，具有较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件的制备方法：在搅拌条件下，将H₃BO₃溶液逐滴加入钛酸异丙酯中，搅拌均匀后烘干，所得物料煅烧得到B/TiO₂粉末，然后通过滴覆法将B/TiO₂粉末涂覆在金叉指电极片表面，然后焙烧得到硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件。

所述H₃BO₃与钛酸异丙酯的用量比为1 g∶5-6.5 mL，优选为1 g∶5.83 mL。

所述搅拌条件为室温下搅拌8-12 h，所述烘干条件为90-110℃。

所述物料煅烧的温度为400-600℃。

本发明由B/TiO₂粉末制备硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件的具体步骤如下：依次使用去离子水、乙醇超声洗涤金叉指电极片20-30min，烘干备用；称取B/TiO₂粉末于药瓶中，并滴入乙二醇超声分散得到气敏材料，所述B/TiO₂粉末与乙二醇的用量比为30mg∶1mL，然后使用移液枪移取45-50μL气敏材料滴在金叉指电极片表面，待其均匀铺展开后于70-80℃烘干，最后，将金叉指电极片置于马弗炉中，升温至400-600℃后焙烧1-1.5h，自然冷却后取出，得到硼掺杂二氧化钛的光助气敏元件。

进一步，所述升温速率为1℃/min。