[发明专利]RGO包裹的Pt/SnO2纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法；所述复合材料结构为类核壳复合结构，其中，铂原子均匀分布在二氧化锡的表面，形成纳米颗粒团簇作为内核，还原氧化石墨烯作为壳体包覆在整个内核的表面。本发明针对现有技术中传感器存在灵敏度低、工作温度高、生产成本高、制备工艺复杂等问题，提供了一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法，本发明制备的甲醇传感器能够在110℃温度下实现高灵敏探测，能够快速响应，同时具备很高的稳定性；另外，本发明制备方法简单、可控、生产成本低，易于实现大规模生产，极具应用前景。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体的，涉及一种还原氧化石墨烯包裹的铂/二氧化锡纳米颗粒团簇气敏传感器及其制备方法。

背景技术

人类的日常生活和生产与周围的环境密切相关，周围环境中有害气体的存在将产生极大的影响，如果气体存在有毒性气体，将带来严重危害甚至死亡。甲醇是一种煤经气化和天热气经蒸汽重整大规模合成的简单化学品，是重要的化工基础产品和有机化工原料。另外，在世界基础有机化工原料中，甲醇消费量仅次与乙烯、丙烯、苯，居第四位，是性能优良的能源和车用燃料，将甲醇按照一定比例加入汽油中可以提高辛烷值和含氧量，使燃烧更为充分，有效降低发动机尾气排放污染物。还可应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、甲胺等多种有机产品，同时也是农药、医药的重要原料之一。

甲醇是一种具有较强毒性、无色酒精气味的物质，对人体的神经系统和血液系统会造成损伤。接触甲醇超过一定浓度和时间，将出现头疼、恶心、胃疼、疲倦、视力模糊甚至失明，最终可能危及生命。近年来，由甲醇引发的安全事故很多，均造成极大的生命、财产损失，因此对环境中甲醇浓度进行实时检测，保护人员、生产安全具有重要意义。

甲醇气体的检测方法主要有化学检测法和仪器检测法。化学检测法操作简单，但存在灵敏度不高、重复性差等缺点。化学仪器检测主要是利用其核心部件：气敏传感器进行检测，具有灵敏度高、可重复使用、自动化等优势，被广泛应用到工业生产及环境检测中。气敏传感器根据不同的工作原理主要包括：半导体气敏传感、接触燃烧式、电化学、红外线检测、声表面波等，其中半导体气敏传感器具有灵敏度高、稳定性能好等优势应用最为广泛。其中，传统的金属氧化物制作的气敏传感器市场占有率最大，稳定性较高，成本较低，但同时工作温度较高(>200℃)，极大的增加其附属检测单元的抗高温设计复杂程度，并存在能耗较高的缺点，同时增加其在恶劣环境中应用的风险，因此急需开发能够较低温度下工作的甲醇气敏传感器制备技术。

自2004年二维石墨烯被发现以来，因其优异的物理、化学性能，成为制备气敏传感器的优选材料。而其中人们发现石墨烯衍生物如还原氧化石墨烯(RGO)与传统的金属氧化物复合可以有效的改善传感器的气敏特性，可以有效降低工作温度，成为研究的热点方向。

现有技术公开了多种甲醇传感器的制备方法。例如，专利申请CN105651835 A公开了一种甲醇气敏传感器制备方法，气敏材料采用氧化石墨烯掺杂Sn(bipyO₂)₂Cl₂材料组成，但其合成材料要求过高，需要特殊制备，且响应灵敏度过低(500ppm下为2)。

专利申请CN105699439A公开了一种基于氮化碳负载金属及金属氧化物复合材料的甲醇气体传感器的制备方法。该方法主要是在氮化碳上原位复合钴掺杂的氧化钼/二氧化钛纳米片，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，实现对甲醇的检测。但该方法存在前驱体材料价格较高、制备条件要求较高等问题，难以实现低成本、高性能甲醇气体传感器制备。

专利申请CN104897727A公开了一种高灵敏多气体检测的气敏传感器，主要是以纳米氧化镍为气敏材料，通过三电极体系在ITO玻璃上电化学沉积镍原子层，然后通过简单的退火处理、冷却、超声等处理，得到玫瑰花状形貌的纳米氧化镍，后制作气敏传感器，350℃下，在5ppm甲醇浓度下响应值达到7。但仍存在工作温度过高，灵敏度不高的问题。