[发明专利]一种碳纳米纤维/CoS2

说明书

本发明提出了一种碳纳米纤维/CoS₂/MoS₂复合薄膜及其制备方法和应用，通过静电纺丝、煅烧和水热组装了碳纳米纤维/CoS₂/二硫化钼MoS₂复合薄膜，复合薄膜连续交错的碳纳米纤维、嵌入到碳纳米纤维的CoS₂，以及包覆在碳纳米纤维表面的片状MoS₂，连续交错的碳纳米纤维构成了连续的导电网络。本发明碳纳米纤维具有良好的导电性，高的长径比，大的比表面积，CoS₂和MoS₂作为活性材料，其中MoS₂的独特的纳米片状结构大大增加了与气体接触的位点，该复合薄膜的制作工艺简单，成本低，并且实现在室温下对NO好的灵敏度、选择性和稳定性。

技术领域

本发明涉及气敏传感器技术领域，特别是指一种碳纳米纤维/CoS₂/MoS₂复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

一氧化氮(NO)作为常见的有害气体，是大气污染主要气体之一，同时也是具有重要生理意义的分子，与人体内的一些细胞活性息息相关。因此，对NO精准、定量的测试是必要的。目前，NO的传感器主要以金属氧化物或硫化物为主，但由于其较宽的带隙，往往需要在较高的温度下才具有对NO良好的传感性能。通常，通过将金属氧化物或硫化物与导电性较好的碳材料复合，可以实现在室温下对NO做出高灵敏的响应。另一方面，NO传感器的选择性也至关重要，尤其是与NO相似的氧化性NO₂气体，这关系到NO传感器检测时会不会收到其他气体的干扰。

发明内容

本发明提出一种碳纳米纤维/CoS₂/MoS₂复合薄膜及其制备方法和应用，通过静电纺丝、煅烧和水热组装了碳纳米纤维/二硫化钴(CoS₂)/二硫化钼(MoS₂)复合薄膜，在室温下对NO具有高的灵敏度和优异的选择性，复合薄膜可以实现完全回复，具有良好的稳定性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种碳纳米纤维/CoS₂/MoS₂复合薄膜，包括连续交错的碳纳米纤维、嵌入到碳纳米纤维的CoS₂，以及包覆在碳纳米纤维表面的片状MoS₂，连续交错的碳纳米纤维构成了连续的导电网络。

一种碳纳米纤维/CoS₂/MoS₂复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将六水合硝酸钴加入到甲醇中，得到溶液A，将二甲基咪唑加入到甲醇中，得到溶液B，将溶液A和溶液B混合后搅拌使其生成沉淀，洗涤离心干燥得到二甲基咪唑钴(ZIF-67)纳米颗粒；

(2)将聚丙烯腈(PAN)溶于二甲基甲酰胺，再将步骤(1)得到的ZIF-67纳米颗粒分散在聚丙烯腈溶液中，获得静电纺丝前驱液；

(3)将步骤(2)搅拌后的静电纺丝前驱液进行静电纺丝，制备出PAN/ZIF-67复合薄膜；

(4)将步骤(3)中的PAN/ZIF-67复合薄膜进行碳化，在氢气和氩气的氛围中煅烧，得到碳纳米纤维/钴复合薄膜；

(5)将钼酸铵和硫脲溶于去离子水中，然后放入步骤(4)得到的碳纳米纤维/钴复合薄膜，经过水热反应，得到碳纳米纤维/CoS₂/MoS₂复合薄膜。

进一步地，步骤(1)中，六水合硝酸钴和二甲基咪唑的摩尔比为1：8。

进一步地，步骤(2)中，静电纺丝前驱液中，聚丙烯腈的质量分数为10％，ZIF-67的浓度为0.01-0.1g/ml。