[发明专利]一种基于石墨烯包覆α-Fe2O3复合物的室温NO2传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体金属氧化物气体传感器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯包覆α-Fe₂O₃复合物的室温NO₂传感器及其制备方法。

背景技术

氮氧化物对环境的污染已经成为一个日益严重的全球性问题。氮氧化物作为大气污染物的一种，主要包括N₂O、NO、N₂O₃、NO₂、N₂O₄和N₂O₅，其中对大气产生污染的主要是NO和NO₂，因此环境学中的氮氧化物一般就是这二者的总称。大气中氮氧化物的来源主要有两方面：一方面是由自然界中的固氮菌、雷电等自然过程所产生。另一方面是由人类活动所产生，在人类活动产生的氮氧化物中，由各种炉窑、机动车和柴油机等燃料高温燃烧产生的约占90％以上，其次是硝酸生产、硝化过程、炸药生产及金属表面的硝酸处理等过程。从燃烧系统排出的氮氧化物中95％以上是NO，其余主要为NO₂。由于在环境中NO最终将转化为NO₂，因此，估算的氮氧化物排放量都按NO₂计。

NO毒性不大，但进入大气后可被缓慢地氧化成NO₂，当大气中有O₃等强氧化剂存在，或在催化剂作用下，其氧化速度会加快。生成的NO₂进入人体呼吸系统，会导致肺部和支气管疾病。NO₂也是酸雨的主要污染源之一，酸雨的危害是多方面的，其对人体健康、生态系统和建筑设施等都有直接和潜在的危害。此外，NO₂在紫外光照射下，会与大气中的碳氧化合物作用，生成光化学烟雾和臭氧。光化学烟雾会引起农作物和森林大面积枯死，损害人和动物的健康以及对建筑材料造成严重破坏，近地层大气中的臭氧会对中枢神经造成极大的伤害。

在种类众多的气体传感器中，以半导体金属氧化物为敏感材料的电阻型气体传感器具有灵敏度高、响应和恢复速度快、成本低等优点，是目前应用最广泛的气体传感器之一。但选择性一般，功耗大，抗干扰能力差等缺点也严重制约着其发展，因此以半导体金属氧化物为主体进行掺杂和修饰已经成为解决这些问题非常必要的手段。

作为一种常见的n型半导体氧化物材料，α-Fe₂O₃具有无毒性、成本低、易合成、稳定性高等诸多优点，其作为敏感材料被广泛应用于气体传感器领域。然而，大多数基于α-Fe₂O₃的气体传感器都具有较高的工作温度，这也极大地限制了其实际应用，此外，目前开发的基于α-Fe₂O₃的气体传感器普遍应用于对乙醇、丙酮、H₂S等气体的检测，基于α-Fe₂O₃的NO₂传感器一直以来却鲜有报道。

石墨烯是碳原子以sp²杂化方式构成的单层蜂窝状原子薄膜，作为最新一代的碳材料，其比表面积大、导电性强、载流子迁移速率快、具有气体吸附能力等诸多优点让它在材料科学领域引发了一场革命。在诸多领域，石墨烯都被认为是潜在的最有前途的材料，当然在气体传感器领域也不例外，石墨烯本身就被报道能检测单分子的NO₂，石墨烯修饰的各种金属氧化物也表现出了比单一的金属氧化物更加优良的气敏特性。因此，将石墨烯和α-Fe₂O₃进行复合有很大可能去改善其气敏特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯包覆α-Fe₂O₃复合物的室温NO₂传感器及其制备方法。