[发明专利]复合材料的制备方法及应用和气体传感器

说明书

本发明提供了一种钯/二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法及应用和气体传感器。所述制备方法包括以下步骤：将锡盐溶于去离子水中以形成锡盐溶液，搅拌并调节锡盐溶液的pH值至7～9，以生成白色沉淀，然后洗涤和干燥，得到白色晶体，将白色晶体研磨成粉末，然后焙烧制得二氧化锡纳米颗粒；向石墨烯溶液中加入二氧化锡纳米颗粒，超声分散均匀得到混合液，并经过离心分离、干燥和焙烧得到二氧化锡/石墨烯复合材料；将二氧化锡/石墨烯复合材料加入氯化钯溶液中，超声分散均匀得到混合液，并经过离心分离、干燥和焙烧得到钯/二氧化锡/石墨烯复合材料。本发明制备得到的复合材料具有在较低工作温度条件下对CO气体的高气敏传感性能。

技术领域

本发明涉及复合材料，更具体地讲，涉及一种钯/二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法及其作为用于检测CO的气敏材料的应用以及应用了该气敏材料的气体传感器。

背景技术

随着人类社会的快速发展，人们对能源的需求和依赖日益增加，同时也使得大气污染问题也突显出来。大气污染物种类很多，这其中一氧化碳(CO)是大气中分布最广、危害最大、产生量最多的主要污染物之一，其与人体血液中血红蛋白的结合能力是氧气结合能力的240倍，一旦进入人体血液循环系统，会与氧气发生竞争作用，阻断血液中血红蛋白对氧气的运输，使人体组织细胞缺氧，损害中枢神经系统，甚至危及生命。因此，需要开发出灵敏度高、选择性高、响应/恢复快速的CO气体传感器，以实现对CO气体的高效监测和预警。

半导体气体传感器是一种常见的气体传感器，因其具有可微型化、可实时监测、使用简单、价格低廉、精度较高等优势，而被广泛应用于需要实时监测气体的场所；但这类气体传感器的气敏材料在低温条件下所表现出的气敏性能往往很差，需要在加热条件下进行工作且工作温度相对较高，因此，制备出在较低工作温度甚至不加热条件下仍可对目标气体CO具有传感响应稳定可靠、快速准确、高灵敏度、高选择性的气敏材料尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种对CO气体具有低温气敏响应的钯/二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法及应用了该气敏材料的气体传感器。

本发明的一方面提供了一种钯/二氧化锡/石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：A、将锡盐溶于去离子水中以形成锡盐溶液，搅拌并调节锡盐溶液的pH值至7～9，以生成白色沉淀，然后洗涤和干燥，得到白色晶体，将白色晶体研磨成粉末，然后焙烧制得二氧化锡纳米颗粒；B、向石墨烯溶液中加入二氧化锡纳米颗粒，超声分散均匀得到混合液，并经过离心分离、干燥和焙烧得到二氧化锡/石墨烯复合材料；C、将二氧化锡/石墨烯复合材料加入氯化钯溶液中，超声分散均匀得到混合液，并经过离心分离、干燥和焙烧得到钯/二氧化锡/石墨烯复合材料。

可选地，在步骤A、步骤B和步骤C中，焙烧温度可以为300～400℃。

可选地，二氧化锡纳米颗粒的粒径不超过20nm。

可选地，锡盐可以为四氯化锡、硫酸亚锡、氯化亚锡和氯化锡中的至少一种，锡盐溶液的浓度可以为0.025～0.25mol/L。优选地，锡盐溶液的浓度可为0.1～0.125mol/L。

可选地，在步骤A中，逐滴加入弱碱或有机强碱来调节pH值。例如，氨水和四乙基氢氧化铵。

可选地，在步骤A中，搅拌的时间可以为1～48小时。优选地，搅拌的时间可以为1～6小时。

可选地，在步骤A中，可以在40～170℃下干燥5～48小时。优选在80～160℃下干燥10～24小时。

可选地，在步骤A中，焙烧的时间可以为1～6小时；优选地，焙烧的时间可以为2～4小时。在步骤B和步骤C中，焙烧的时间为0.5～10小时。优选地，焙烧的时间可以为0.5～2.5小时。

可选地，在步骤B中，将石墨烯分散在低碳醇类中，并经过超声处理至分散均匀，制得石墨烯溶液。