[发明专利]一种钯/镍合金负载的石墨烯材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种钯/镍合金负载的石墨烯材料的制备方法及应用。该制备方法包括如下步骤：将含有氯化镍和氯化钯的氧化石墨烯分散液在表面活性剂和还原剂的作用下，回流反应。本发明在表面活性剂的作用下，利用还原剂的回流反应还原溶解有氯化镍和氯化钯的石墨烯氧化物的分散液，可以实现一步法制备得到花状钯/镍合金纳米颗粒负载的石墨烯复合材料。该方法制备的材料具有较高吸附性，易于成膜和较好的氢气敏感性能，测试其氢敏性能可以检测到0.1％vol的氢气，可以快速响应和恢复。

技术领域

本发明涉及气体传感领域，更具体地，涉及一种钯/镍合金负载的石墨烯材料的制备方法及应用。

背景技术

近年来，石墨烯材料的制备和应用引起了研发人员的广泛关注。它是一种具有单层碳原子厚度的纳米材料。它的厚度仅为一个碳原子的直径(0.142nm)，是世界上最薄的材料，科学家们通过使用原子尺寸的金属和钻石探针测试得知：石墨烯的强度比世界上最好的钢铁还要高100倍。石墨烯具有大比表面积、良好的导电性、优异的化学稳定性以及出色的热稳定性等优异的物理化学性质。基于上述这些特性，石墨烯及石墨烯基的复合材料在锂离子电池、超级电容器、场效应晶体管、催化、传感器、等领域有着很好的应用价值。目前，许多方法可以用来制备石墨烯材料，比如化学氧化还原法、化学气相沉积法、石墨液相剥离法、碳纳米管裁剪法、机械剥离法以及晶体表面外延生长法等。其中化学氧化还原法是指通过化学的手段还原的石墨烯氧化物，而石墨烯氧化物是将石墨材料经过浓硫酸、高锰酸剂等氧化处理后得到的。用这种方法制备的石墨烯氧化物的表面和边缘上有很多的含氧官能团，比如碳基、羧基、羟基和环氧等。由于这些含氧官能团的存在，为后期合成复合材料是提供活性位点。

氢气作为重要的还原气体和清洁能源正被广泛应用在化工，航空，医疗，石化，交通和能源等各个领域。作为清洁能源，氢气由于单位体积燃烧释放能量高而在燃料电池和发电技术上具有重大的应用价值。然而，当在空气中的含量高于可燃下限时(4％)，氢气极易燃烧和爆炸。由于氢气的分子很小所以在实际生产、运输和应用过程中氢气更容易泄露。氢气的泄露是引起爆炸等安全事故的重要原因之一，因此，通常需要使用氢气传感器来检测氢气是否泄漏或者监测环境中的氢气浓度。这对于环境安全监测具有重要的意义。

氢气传感器是检测氢气浓度监测氢气泄露的重要工具，而氢气传感器的核心部分是制作传感元件的传感材料，传统的氢气传感器的敏感材料一般包括半导体型金属氧化物和贵金属薄膜型。但是这些传感器也存在这一些弊端。

1)传统的半导体金属氧化物型氢气传感器(二氧化锡等)需要较为苛刻的应用条件，要在较高的温度下运行，能耗较高而且选择性低，此外，此类传感器一般只能做定性或者半定量分析。

2)贵金属薄膜型氢气传感器是利用贵金属钯等对氢气的吸附作用而制备的一种金属薄膜电阻型的氢气传感器，这种传感器分辨率较高，可以作为定量分析，但是通常需要使用大量的贵金属，成本较高，由于在工作温度下具有固有的不稳定性从而缩短了标定周期，而且对于小浓度的氢气的灵敏度很低，信噪比也比较低，更为关键的是：这种传感器的工作原理是钯属吸附氢气以后形成氢化物而引起的阻值变化直接测量。

钯氢化物的形成是一个α相到β相的相变过程，引起晶格(体积)膨胀，从而使得阻值相应增加。然而晶格膨胀和氢脆现象一直以来是阻碍钯金属膜电阻式氢气传感器发展的障碍。例如，传感器循环工作在有氢和无氢的环境中时，钯薄膜易起泡和从衬底上脱层，造成传感器寿命缩短。由于氢的吸收和释放过程而引起的薄膜表面形貌变化也影响传感器的重复性和可靠性。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种钯/镍合金负载的石墨烯材料的制备方法。该制备方法包括如下步骤：

将含有氯化镍和氯化钯的氧化石墨烯分散液在表面活性剂和还原剂的作用下，回流反应。