[发明专利]一种超细骨架有序介孔铁酸镍甲苯气敏材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于检测痕量浓度甲苯的气敏材料及其制备方法，属于气敏材料技术领域。该气敏材料是由铁酸镍螺旋骨架纳米线立方周期性排列而成，骨架纳米线之间具长度2‑5纳米的连接，根据纳米线之间距离的不同形成两种不同大小的介孔分布；骨架纳米线的直径为5‑8.5纳米；比表面积177‑216m²/g。

技术领域

本发明涉及一种用于检测痕量浓度甲苯的气敏材料及其制备方法，属于气敏材料技术领域。

背景技术

众所周知，甲苯是一种重要的有机化工原料，同时也大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，广泛应用于石油、树脂塑料、橡胶、皮革等行业，但是甲苯气体易燃、易挥发，对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用，对环境有严重危害，因此世界卫生组织规定室内空气中甲苯浓度限值为70ppb以内。另外，人体呼出气体中的甲苯是检测肺癌的重要潜在生物标志物(健康人体呼出气体中的甲苯浓度通常在20-30ppb，而肺癌患者呼出气体中甲苯浓度则显著升至80-100ppb)。因此对(尤其是痕量浓度)甲苯气体的有效检测是特别重要的。

目前甲苯气体的检测方法主要有气相或液相色谱法、分光光度计法、石英晶体微量秤法、光纤传感器法圈等，但这些方法仍然存在一些不足，如设备昂贵、操作复杂、检测时间长、不能现场实时检测等。甲苯半导体气敏传感器是指将对甲苯敏感的金属氧化物半导体加上电极和加热电阻制备成的气敏传感器，它具有结构简单、灵敏度高、性能稳定、成本低、易于小型化和便携化等特点，可以对甲苯进行实时检测，具有很大的应用前景。作为其中关键部分的甲苯气敏材料通常采用的是钴、锡、钨等金属的氧化物或复合氧化物。如Liu等人采用介孔Co₃O₄作为敏感材料，其对100ppm甲苯灵敏度为22.55,检测下限为1ppm(SLiu,ZY Wang,HR Zhao,T Fei,T Zhang.Ordered mesoporous Co₃O₄for high-performancetoluene sensing.Sensors and Actuators B-Chemical,2014,197(3):342-349)；Qiao等人采用担载Pd的SnO₂纳米笼作为敏感材料，其对1ppm甲苯灵敏度为2.7,检测下限为100ppb(L Qiao,YF Bing,YZ Wang,SS Yu,ZZ Liang,Y Zeng.Enhanced toluene sensingperformances of Pd-loaded SnO₂cubic nanocages with porous nanoparticle-assembled shells.Sensors and Actuators B-Chemical,2017,241:1121-1129)；Tian等人采用担载Pd的花状SnO₂微球作为敏感材料，其对80ppb甲苯灵敏度为0.58,检测下限为80ppb(JL Tian,J Wang,YW Hao,HY Du,XG Li.Toluene sensing properties of porousPd-loaded flower-like SnO₂microspheres.Sensors and Actuators B-Chemical,2014,202:795-802)；Shan等人采用SnO₂-Fe₂O₃复合纳米管为敏感材料，其在工作温度为260℃时对50ppm甲苯灵敏度达到24.3，检测下限为50ppb(H Shan,CB Liu,L Liu,JB Zhang,HY Li,Z Liu,XB Zhang,XQ Bo,X Chi.Excellent Toluene Sensing Properties of SnO₂-Fe₂O₃Interconnected Nanotubes.ACS Applied Materials&Interfaces,2013,5(13):6376-6380)。但是灵敏度高、稳定性好、检测下限低于2ppb的甲苯气敏材料仍然有待进一步开发。

发明内容