[发明专利]基于纳米纤维的高导电气体传感器材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米纤维的高导电气体传感器材料的制备方法，属于传感材料技术领域。该制备方法包括依次分别采用聚多巴胺、聚乙烯亚胺对基体材料进行表面改性制得改性后的基体材料，再在改性后的基体材料表面原位生长金属有机骨架纳米纤维，并经高温碳化处理，制备得到高导电气体传感器材料。该气体传感器材料在保持金属有机骨架纳米纤维良好的三维网络结构基础上，以聚多巴胺涂层高温碳化为导电层，保证制得的材料具备高灵敏度、选择性高及响应速度快的气体传感优点。

技术领域

本发明涉及气体传感器，属于传感材料技术领域，具体地涉及一种基于纳米纤维的高导电气体传感器材料的制备方法。

背景技术

电化学气体传感器是一种能够将气体的浓度、成份等信息转化为相应的电信号，而实现对不同气体分子进行感测的材料器件，其在环境监测及科学研究等领域有广泛的应用。

目前通过对材料的孔径结构与表面化学结构的调控可以实现传感器对目标气体稳定、灵敏及高选择性的传感检测。锌、锡等金属的氧化物因其独特的表面化学性能表现出优异的气体传感性能，长期以来一直作为气体传感器的关键性材料使用。然而，金属氧化物通常不具备多孔结构，由其制备的材料对气体的吸附及富集效果不够高，降低了传感灵敏性和选择性。

另一方面，金属有机骨架材料为由刚性链有机配体与金属盐通过化学键结合而成的具有多孔结构的材料，其孔隙尺寸可调，比表面积大、孔隙率高，有利于气体分子在材料中的渗透、扩散，对低浓度气体起到良好的预富集作用，而且能够对特定分子进行选择性吸附，进而提高了传感器对低浓度气体检测的灵敏度和选择性。因此，近年来金属有机骨架材料已经越来越多地被用于气体传感与检测。然而，金属有机骨架材料通常为颗粒状，尤其是当其尺寸为纳米级的时候，颗粒很容易团聚，不易加工，难以有效发挥金属有机骨架材料高比表面积的优势特点。此外，其响应速度目前还难以达到传统金属氧化物的水平。

综上所述，通过材料结构设计使其能够兼具金属有机骨架材料对气体传感的高灵敏度和选择性、金属氧化物的响应速度及易加工的优点，即具有十分重要的意义，也具有较大的挑战性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于纳米纤维的高导电气体传感器材料的制备方法。该制备方法通过在基体材料表面原位聚合得聚多巴胺涂层，再与PEI交联后，保证了金属有机骨架纳米纤维在基体材料表面的原位生长，制备得到的气体传感器材料对气体传感具备高灵敏度、选择性高及相应速度快的优点。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于纳米纤维的高导电气体传感器材料的制备方法，它包括依次分别采用聚多巴胺、聚乙烯亚胺对基体材料进行表面改性制得改性后的基体材料，再在所述改性后的基体材料表面原位生长金属有机骨架纳米纤维，并经高温碳化处理，制备得到高导电气体传感器材料。

进一步地，对基体材料进行表面改性的过程如下：

取基体材料经清洁处理、干燥后，将其置于多巴胺溶液中处理得到聚多巴胺表面改性后的基体材料，将所述聚多巴胺表面改性后的基体材料经去离子水反复冲洗后置于聚乙烯亚胺溶液中处理，取出、去离子水反复冲洗后，干燥得到改性后的基体材料，密封保存。

优选的，所述多巴胺溶液为取多巴胺溶解至pH值为8.5的Tri-HCl缓冲液中配置得到(三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲溶液)。

最优的，所述多巴胺溶液的浓度为20g/L。

最优的，所述聚乙烯亚胺溶液的浓度为1g/L。

优选的，表面改性时溶液的温度都控制为37℃。

进一步地，所述金属有机骨架纳米纤维的纤维直径为50nm～1μm，纤维长度为5μm～100μm。

进一步地，所述金属有机骨架纳米纤维由镧系金属盐及有机配体制备得到。