[发明专利]一种用于检测二甲胺气体的GQDs修饰的ZnO复合纳米结构气敏材料的合成方法

说明书

本发明涉及一种用于检测二甲胺气体的GQDs修饰的ZnO复合纳米结构气敏材料的合成方法。包括步骤如下：将ZnO纳米片中加入不同比例的GQDs，合成得到GQDs修饰的ZnO复合纳米结构气敏材料：GQDs‑ZnO。本发明提供的一种GQDs修饰的ZnO复合纳米结构气敏材料具有合适的多孔结构，较高的比表面积，且合成方法绿色、简单、安全，原料获取较简便，实用化程度较高。将其作为气敏材料时，在160℃的工作温度下表现出优异的气体敏感性能，对二甲胺气体表现出较高的灵敏度、较高的线性度、优异的选择性、较好的重复性，且气体检测下限为0.1ppm，在二甲胺气体检测方面具有巨大的潜力。

技术领域

本发明涉及一种用于检测二甲胺气体的GQDs修饰的ZnO复合纳米结构气敏材料的合成方法，属于无机纳米材料制备领域。

背景技术

二甲胺作为化工原料可应用于医药、纺织、杀虫剂染料和促进剂等。二甲胺在室温下为气体，具有强刺激性类似氨的气味，二甲胺温度400℃时易燃，对眼睛和呼吸道有强烈的刺激作用。皮肤接触液态二甲胺可引起坏死，眼睛接触可引起角膜损伤、浑浊。

二甲胺是一种常见低分子有机胺，通常存在于自然环境和水产品中，尤其是海产品中含量较高。水产品中的二甲胺是由氧化三甲胺经酶或微生物分解作用生成，同时还生成等比例的甲醛。研究证明，食品中的二甲胺能与亚硝酸盐形成致癌性很强的二甲基亚硝胺。因此，二甲胺在水产品中的含量受到广泛关注，日本、中国台湾还将二甲胺含量作为评价水产品鲜度的重要指标。

目前，对二甲胺测定方法较多，主要有分光光度法、液相色谱法、气相色谱法、离子色谱法、气相色谱-质谱联用和毛细管电泳等方法。然而这些方法存在一些缺点：分析检测的滞后性不利于在线检测，样品预处理及检测程序比较复杂等，气敏检测方法恰好可以弥补上述检测方法的缺点。气体传感器的核心是敏感材料，所以对气敏材料的研究显得尤为重要。

半导体金属氧化物气体传感器在工业生产、环境质量监测以及医疗诊断等重要领域均有着极为广泛的应用。由于其具有灵敏度高、稳定性好、成本低、可测气体种类多以及体积小便于携带等优点，成为了气体传感器研究领域的热点。随着科学技术的不断发展以及生活水平的不断提高，各项更为严格的性能评价标准对传统半导体金属氧化物气体传感器提出了更严苛的要求。除了气体传感器最基本的评价指标，如灵敏度、响应-恢复时间及选择性以外，最佳工作温度与稳定性也受到广大科研工作者极大的重视。因而，制备低工作温度甚至室温工作温度且具有良好长期稳定性的新型气体传感器成为了当前科研工作的关键。通过调研我们可以发现，半导体金属氧化物气体传感器的性能增强方法主要有提高敏感材料的比表面积(降低尺寸、控制合成多空结构、3D分级结构等)和敏感材料的修饰改性(稀土掺杂、贵金属担载、碳掺杂、不同半导体金属氧化物复合等)。然而，在过去的科学研究中，这些气敏性能增强方法主要重视材料的灵敏度这一指标的提升，而一定程度上忽视了这些性能提升建立在传感器最佳工作温度的升高上。当工作温度过高时，半导体金属氧化物的晶粒内部会发生聚集，对气体传感器的稳定性等性能产生严重的影响。

石墨烯量子点的尺寸大小一般都小于20nm，由于其尺寸小，致使它的激子输运在空间三维都被限制，所以具有非常强的量子限域效应和边缘效应。石墨烯量子点遗传了石墨烯优异的性能，且比石墨烯具有更大的比表面积，所以在传感器、太阳能电池、光学染料、发光材料以及生物标记方面都有着极具潜力的前景。石墨烯量子点具有较好的电学特性，其修饰作用通常可以提升半导体金属氧化物的电学性能，进而显著降低气体传感器的最佳工作温度，这为我们研究制备低工作温度甚至室温工作温度的气体传感器提供了重要的理论支撑。石墨烯量子点具备较大的比表面积和丰富的边缘位点，同时又是良好的电子转运体和受体，表面的缺陷、空位等可以作为气体敏感的活性位点，这会在极大程度上大幅促进气体分子在材料表面的吸附以及反应。

基于以上的了解与认识，以同时提供气体传感器的灵敏度和降低气体传感器的最佳工作温度这两项性能评价指标为工作导向，发明了一种用于检测二甲胺气体的利用GQDs修饰的ZnO复合纳米结构气敏材料的合成方法。

发明内容：