[发明专利]一种金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器的制备方法

说明书

本发明提供一种金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器的制备方法，该方法首先制备出金属四(4‑磺酸钠苯基)卟啉，然后与碳纳米管混合均匀，制得金属卟啉/碳纳米管分散液；随后将纸纤维高速剪切分散后的纸浆与金属卟啉/碳纳米管分散液混合均匀；采用真空抽滤的方法，将获得的滤饼在一定温度和压力下压轧，制得金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器。本发明的优点在于：制备方法简单，成本低廉，可通过控制卟啉中金属的种类对传感器进行调控，以获得对不同气体具有特异性响应的柔性气体传感器。

技术领域

本发明属于气体传感器领域，具体涉及一种金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着科技的不断进步，碳材料及其衍生物已被广泛应用于各个领域中。在气体传感材料领域中，碳材料具有高的机械强度、较好的热稳定性、较好的导电能力、室温下良好的电子迁移率、低的检测噪音以及较大的比表面等优势而受到广泛的关注。目前，常用的碳气体传感材料主要可分为两大类：二维结构(2D)的石墨烯及其衍生物和一维结构(1D)的碳纳米管及其衍生物。

作为气体传感材料，碳材料主要是利用与还原性气体接触引起电阻变化，实现对气体的检测。其原理可表述为：碳材料表面具有丰富的π电子和孔道结构，可以吸附空气的氧气并与电子结合生成氧离子；当氧离子与还原性气体(如氨气等)接触时，还原性气体被氧化，从而引起材料的表面电阻发生变化。但是单纯的碳材料对气体的灵敏度较低，因此常常与其他材料进行复合，增加活性位点，提高灵敏度。

卟吩是由4个吡咯环和4个次甲基相互桥联而成的18π电子共轭体系，具有芳香性，而卟啉则是卟吩环外带有取代基的同系物和衍生物的总称。当金属离子进入卟吩环中时，吡咯环上的两个质子被取代，形成金属卟啉。金属卟啉在生命体系的各项生理活动中起着重要的作用，如叶绿素的核心结构是镁卟啉，动物的血红素辅基是镁卟啉，维生素B12中含有大量的钴卟啉等。天然的卟啉绝大部分是水溶性的，利用人工合成水溶性卟啉来模拟天然卟啉的各种性能一直是一个热门的课题，目前已被广泛应用于各个领域，如分析化学、医学领域、传感器领域以及催化领域。

金属卟啉分子具有大的π电子共轭体系，金属离子具有空轨道，在常温下，可以接受富电子的气体分子提供的电子。将金属卟啉分子分散在碳纳米管中，以纸纤维作为支撑材料，既可以有效减少因为有机分子聚集而引起的浓度猝灭，又能增加碳纳米管的活性位点，制得柔性的金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器；当传感器与气体接触时，材料电阻发生变化，对收集到的电阻变化数据进行分析，即可获得气体的种类和浓度信息。

发明内容

本发明的目的在于提高碳纳米管材料对气体识别的灵敏度，利用金属卟啉对气体特异性响应的特性，提供一种金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器的制备方法。本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种金属卟啉/碳纳米管纸柔性气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、取适量四(4-磺酸钠苯基)卟啉(tpps₄)与金属可溶性盐溶于甲醇中；

步骤2、将混合液加热到70-100℃，反应2-10h后，冷却至室温；

步骤3、抽滤，用无水甲醇洗涤滤饼，收集滤液进行纯化，烘干后制得金属四(4-磺酸钠苯基)卟啉(M-tpps₄)；

步骤4、取适量的碳纳米管(CNTs)和上述制得的M-tpps₄超声分散于离子水中，获得M-tpps₄/CNTs分散液；

步骤5、将适量的纸纤维加入去离子水中，采用高速剪切分散2-12h，获得均匀的纸浆；