[发明专利]一种对低浓度丙酮气体敏感的四氧化三钴纳米管/三维石墨烯复合薄膜

说明书

本发明提供了一种可用于较低温度下检测低浓度丙酮的Co₃O₄纳米管/3D(三维)石墨烯复合薄膜的制备方法，属于气敏传感器技术领域。我们将Co‑MOF‑74纳米颗粒与GO(氧化石墨烯)复合，通过水热反应形成Co‑MOF‑74纳米管/3D石墨烯，再通过热退火得到Co₃O₄纳米管/3D石墨烯，最后利用悬涂法制备Co₃O₄纳米管/3D石墨烯薄膜。由于3D石墨烯极大的比表面积以及Co₃O₄纳米管和3D石墨烯之间异质结的作用，相比纯Co₃O₄纳米管，Co₃O₄纳米管/3D石墨烯对丙酮的气敏性能大大提升。该Co₃O₄纳米管/3D石墨烯制备方法简单，原料成本低，可重复性好，基于该结构的器件对低浓度丙酮(0.1‑3ppm)灵敏度高且响应/恢复时间短、工作温度低，该工作对开发可用于特定环境中低浓度丙酮检测的传感器具有非常重要的指导意义。

技术领域

本发明属于气敏传感器技术领域，具体涉及一种四氧化三钴纳米管/三维石墨烯复合薄膜的制备及其对低浓度丙酮气体的气敏性能研究。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)，按照世界卫生组织的定义为沸点在50℃-250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物，主要包括烷烃类、芳烃类、烯烃类、卤烃类，酯类、醛类、酮类和其他有机化合物。VOCs是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O₃)等二次污染物的重要前体物，易引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。丙酮(Acetone)是一种较为常见的VOCs，丙酮在工业生产中具有广泛的应用，同时，丙酮具有较大的危险性，其蒸汽与空气形成的混合气体易燃易爆，且丙酮有一定的健康危害性，长时间暴露在丙酮下，即使浓度较低也会导致鼻、喉肺发炎、头痛眩晕、反胃等慢性中毒现象(Sens.Actuators B:Chem.,2018,255,1701)。如果在人员密集的工厂车间发生丙酮泄漏事故，后果将不堪设想。此外，在医学领域，丙酮呼出气被确认为糖尿病的标志物，通过检测人体呼出气中丙酮的含量可以分辨出健康人和糖尿病人。在畜牧养殖业中，通过判断乳牛呼出气中丙酮含量的高低可以实时监测乳牛的健康状况，这样可以对不健康的乳牛及时采取治疗措施，避免产出劣质的牛奶(J.Agric.Eng.Res.,1997,67,267)，还可以通过检测肉制品挥发气中的丙酮含量来判断食品的保鲜情况(Sens.Actuators B:Chem.,2003,93,117)。因此，开发一款低耗、便携的传感器来实时监测特定环境中低浓度丙酮在工业生产、疾病诊断、畜牧业、食品卫生安全等领域具有非常重要的应用前景。