[发明专利]以MMnO3为敏感电极的混成电位型三乙胺传感器及其制备方法

说明书

一种以MMnO₃(M＝Gd、Sm或La)为敏感电极的NASICON基混成电位型三乙胺传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。是由涂敷在陶瓷管外表面的NASICON离子导电层、制备在离子导电层外表面的两个Au电极，涂敷在其中一个Au电极上的MMnO₃敏感电极材料组成。本发明通过改变钙钛矿敏感电极材料中不同的A位元素，改变敏感电极材料的催化活性，提高了催化效率以及三相界面处的反应速率，进而提高了灵敏度。实验结果显示，以800℃下烧结的SmMnO₃敏感电极材料的传感器对50ppm的三乙胺表现出高的响应值(‑217.5mV)和较低的检测下限(0.05ppm)。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种以MMnO₃(M为Gd、Sm或La)为敏感电极的NASICON基混成电位型三乙胺传感器及其制备方法，该传感器可用于工厂以及居住环境中较低浓度三乙胺的检测，也可用于检测海鲜的腐烂程度。

背景技术

三乙胺是一种无色至淡黄色的透明液体，有刺激的腥味，味道极苦，在空气中微发烟。微溶于水，能溶于乙醇、乙醚，水溶液呈碱性。三乙胺已经在工业上被广泛运用于有机合成中的催化剂、防腐剂、溶剂以及合成染料的制备，是一种重要的工业原材料。在非人工合成的情况下，三乙胺可以由污水以及死去腐烂的鱼虾等水产品产生，而且浓度会随着水产品的腐烂程度加深而增大。三乙胺易燃，其挥发的蒸汽能与空气形成爆炸易燃的混合物，对环境有很大的安全隐患。三乙胺对人的健康也有影响，吸入三乙胺可使得人呼吸道产生强烈的刺激性，过量吸入后可引起肺水肿甚至死亡。长时间接触或吸入微量三乙胺的挥发气体，即会导致眼及皮肤，粘膜组织等发生化学性灼伤，使人呼吸困难，而且如果孕期妇女长期处于含有三乙胺的环境中，产生畸形胚胎的几率会大大增加。相关的动物性实验已经指出三乙胺是一种致癌物质。考虑到三乙胺对环境以及人体的危害，开发可以检测较低浓度下三乙胺的高灵敏低成本气体传感器迫在眉睫。

目前可以检测三乙胺的方法有色谱分析、电化学分析等手段。然而迄今为止，低浓度三乙胺的测量方法还没有实现检测仪器小型化，所需要的大型分析仪器体积大、价格高、操作复杂并且耗时长，是不能满足对三乙胺实时便捷的监控要求。相对于这些大型仪器，固体电解质型三乙胺气体传感器体积小、成本低廉、灵敏度高并且响应快速，是构建便携式三乙胺检测仪的理想工具，因此检测低浓度三乙胺的固体电解质型气体传感器成为现阶段气体传感器领域的工作重点。本发明中传感器就是基于固体电解质NASICON和钙钛矿化合物材料敏感电极的混成电位型三乙胺气体传感器。

发明内容

本发明目的在于提供一种以MMnO₃(M为Gd、Sm或La)为敏感电极的NASICON基混成电位型气体传感器及其制备方法，通过采取钙钛矿氧化物材料MMnO₃(M为Gd、Sm或La)制作成敏感电极提高灵敏度以及检测下限等性能，以便于该器件在气体检测的实际化应用。因此，本发明得到的传感器不仅具有较高的灵敏度，还具有低检测下限、较快的响应恢复速度、良好的选择性以及长期稳定性。

本发明所涉及的紧凑型管式三乙胺传感器，是以NASICON固体电解质作为离子导电层。NASICON是一种在燃料电池、化学离子敏感电极、电子化学传感器等领域具有广泛而重要应用价值的固体电解质材料，在300℃左右具有与目前已知的最好的离子导体β-Al₂O₃相近的离子电导率，因此利用NAISCON作为离子导电层结合具有高催化活性的敏感电极材料制作的管式电化学传感器具有结构紧凑、低功耗和高灵敏度的特点，与半导体式传感器相比响应恢复速度更快，更稳定。