[发明专利]一种基于rGO-SnO2

说明书

本发明公开了一种基于rGO‑SnO₂纳米复合材料的NO₂气敏元件及其制备方法，属于石墨烯‑金属氧化物复合材料气敏元件技术领域。所述气敏元件主要由电极元件和均匀涂覆在电极元件上的rGO‑SnO₂纳米复合材料组成，所述rGO‑SnO₂纳米复合材料的微观形貌为在还原氧化石墨烯片层上均匀生长着SnO₂纳米球，所述SnO₂纳米球直径为40～70nm，为四方锡石相结构。本发明采用一步水热法制备出比表面积大、电阻率低、分散性良好的rGO‑SnO₂纳米复合材料，然后将rGO‑SnO₂纳米复合材料作为气敏涂层制备出NO₂气敏元件。该气敏元件有效地解决了传统NO₂气敏元件工作温度较高及石墨烯类气敏元件灵敏度较低、恢复时间较长等问题，具有较好的应用价值和发展前景。

技术领域

本发明属于石墨烯-金属氧化物复合材料气敏元件技术领域，具体涉及一种基于rGO-SnO₂纳米复合材料的NO₂气敏元件及其制备方法。

背景技术

在矿业、化工、电力等领域中产生或排放的有害气体易导致人员中毒、火灾、爆炸等灾害，严重危害了职工的人身安全以及企业的财产安全；在环保、医药、食品、军事等领域中，气体检测也是一项重要的工作。NO₂是一种强氧化性气体，在矿山爆破、汽车尾气、化工生产及燃料燃烧过程均会产生NO₂，人类长期处于含有NO₂的环境中会损伤呼吸系统，当NO₂浓度过高时还可导致人体中毒。此外，NO₂是酸雨的主要成因，而酸雨对矿山的冲洗及浸出过程会带走部分金属离子，不仅对环境造成更严重的污染，而且还会造成资源的流失。因此，对NO₂进行实时检测，对职工的安全及保护环境都至关重要，随着人们对安全、健康、环保、节能等理念的重视，亟需开发出高性能的NO₂气体传感器。

目前，金属氧化物半导体气体传感器是众多气体传感器种类中发展较为成熟、性能优越、应用较广的一种。其中，SnO₂是一种宽带隙的n型半导体材料，其带隙为3.6～3.8eV，是目前应用最广泛的半导体式气体传感器的敏感材料。rGO(还原氧化石墨烯)为禁带宽度较小的p型半导体，因其具有较大的比表面积和优异的电学性能，近年来也被用于气体检测领域。2007年石墨烯被用于气体传感器领域的首次报道就展现了其对NO₂单分子的优异响应及室温响应等卓越气敏性能，而目前石墨烯类气体传感器已成为气体传感器的研究热点之一，其被认为是一种应用前景优良的气敏材料。

研究表明，rGO和SnO₂复合会形成p-n异质结，使势垒增加，从而提高rGO-SnO₂纳米复合材料的灵敏度等气敏特性。此外，rGO较高的电子迁移率还有助于提高气体和电子耗尽层之间的电子转移速度，使rGO-SnO₂纳米复合材料的响应和恢复时间缩短。但目前rGO-SnO₂复合材料气体传感器仍存在灵敏度低、稳定性差、响应/恢复时间较长、恢复困难等缺点，因此开发高性能rGO-SnO₂纳米复合材料气体传感器已成为石墨烯-金属氧化物气体传感器研究的重点之一。

发明内容