[发明专利]以Cd2V2O7为敏感电极的YSZ基混成电位型NH3传感器及制备方法

说明书

一种以Cd₂V₂O₇为敏感电极的YSZ基混成电位型NH₃传感器及制备方法，属于气体传感器技术领域，其主要用于汽车尾气后处理系统中NH₃的检测。传感器依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、参考电极和敏感电极组成。参考电极为条状Pt，敏感电极为条状Cd₂V₂O₇，两电极彼此分立且对称地制备在YSZ基板上表面的两侧，YSZ基板下表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起。本发明以YSZ作为离子导电层，使用具有高电化学催化活性的Cd₂V₂O₇为敏感电极，通过研究传感器对不同种类测试气体的响应值对比以及在不同湿度和持续高温测试30天的响应值变化，考察传感器的选择性和稳定性。

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Cd₂V₂O₇为敏感电极的高选择和高稳定YSZ基混成电位型NH₃传感器及制备方法，其主要用于汽车尾气后处理系统中NH₃的检测。

背景技术

随着工业化和城市化进程的加快，大气污染问题日益突出。在各种空气污染物中，汽车在稀薄燃烧工况条件下所产生的氮氧化物NO_x(NO₂或NO)是最主要和最有害的空气污染气体。因为氮氧化物与大气中的VOC等有害气体进行二次反应，不仅直接造成臭氧层空洞、损害人体的健康，也会产生酸雨、光化学烟雾、温室效应等环境灾难。为了减少NO_x排放，在发动机的尾气后处理系统中，使用尿素作为选择催化还原剂(SCR)被认为是最有前途的技术。在这个系统中，尿素溶液被注入到排气管线与燃烧废气中的NO_x进行反应，生成无害的N₂和H₂O(反应过程如(1-3)所示)。为了精确的控制尿素的注入量，避免氨气泄露引起更严重的空气污染问题，使用氨气传感器作为在线监测反馈控制系统是非常必要的。此外，由于汽车发动机尾气排放处于典型的长期高温、高湿和多种气体共存环境，传感器需要在上述苛刻条件下工作，不仅要求NH₃传感器要有良好的敏感特性(灵敏度、选择性和响应/恢复特性)，还要求在使用环境下具有良好的稳定性。基于固体电解质(稳定氧化锆(YSZ))和氧化物敏感电极的混成电位型传感器除具有灵敏度高、响应恢复快、选择性好和可靠性高等优点外，还具有良好的热稳定性和化学稳定性，因此由二者构成的NH₃传感器在汽车尾气排放监控领域具有重要的潜在应用价值。

NH₂CONH₂+H₂O(stream)→2NH₃+CO₂+H₂O (1)

4NH₃+2NO₂+2NO→4N₂+6H₂O (2)

4NH₃+2NO+O₂→4N₂+6H₂O (3)