[发明专利]以钛掺杂的铁酸锶为敏感电极的电位型气体传感器

说明书

本发明公开了一种以钛掺杂的铁酸锶为敏感电极的电位型气体传感器，是以钙钛矿氧化物SrFe_1‑xTi_xO_3‑δ为敏感电极材料的电位型氢气传感器，其特性为对氢气、挥发性有机化合物(VOC)、一氧化碳、氨气但不局限于这些气体为正极性响应，并应用于正极性响应的SrFe_0.5Ti_0.5O_3‑δ与负极性响应的常规电极材料相结合，进一步提升传感器对氢气的响应。本发明中敏感电极材料SrFe_1‑xTi_xO_3‑δ对氢气为正极性响应，与传统的包括但不局限于LSCF的负极性响应相反；以氢气为例，两敏感电极材料SrFe_0.5Ti_0.5O_3‑δ与LSCF对氢气均具有较好的电化学催化活性，以SrFe_0.5Ti_0.5O_3‑δ与LSCF为双敏感电极的气体传感器能进一步提升对氢气的响应。

技术领域

本发明属于气体传感器领域，具体涉及一种以钛掺杂的铁酸锶为敏感电极的电位型气体传感器。

背景技术

现实的生产生活中会产生大量的挥发性有机化合物气体(VOC)、一氧化碳以及氨气等有毒有害的气体，对人类的身体健康造成极大的危害。氢气作为一种新兴能源，具有高效、可再生且无污染等优点，但由于氢气无色无味，泄漏后不易察觉，极低的点燃能(0.019mJ)与较宽的爆炸极限(4％-75.6％)也使得氢气极易发生燃烧爆炸，因此在生产生活的各个场所实现对挥发性有机化合物气体(VOCs)、一氧化碳、氨气以及氢气等有毒有害、易燃易爆气体的监控与检测也就显得尤为重要。

目前较为方便与经济的气体监控检测手段为气体传感器，但存在传感器响应性能低、传感器制作成本高等缺点。另外，目前的研究结果中，常规的电位型气体传感器，敏感电极材料连接数据采集仪器时，对气体的响应一般表现为负极性响应(H.Zhang,J.X.Yi,X.Jiang,Fast response,highly sensitive and selective mixed-potential H₂sensor based on(La,Sr)(Cr,Fe)O_3-δperovskite sensing electrode,ACSAppl.Mater.Interfaces 9(2017)17218-17225.doi:10.1021/acsami.7b01901.)。

研究表明，对气体具有良好电化学催化活性的钙钛矿氧化物可以用来作为敏感电极材料实现对气体的检测。Pt在混合电位型气体传感器中常被用做参比电极进行研究，但由于贵金属成本较高，导致传感器制作成本提升。寻找合适的电极材料以实现对氢气的响应性能的提升并降低成本是亟需解决的问题。SrFe_1-xTi_xO_3-δ在固体氧化物燃料中对氢气具有良好的电化学催化性能，可以作为传感器的敏感电极来进行研究，同时利用制作成本相对较低的钙钛矿氧化物替代贵金属铂也能进一步降低传感器制作成本。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的不足，旨在提供一种以钛掺杂的铁酸锶为敏感电极的电位型气体传感器。本发明采用的敏感电极材料对包括但不局限于氢气、挥发性有机化合物(VOC)、一氧化碳、氨气等具有较好的电化学催化活性，本发明优选为对氢气的具有最好的检测性能；同时，本发明采用的敏感电极材料能进一步提高传感器对检测气体的响应，另外同时以钙钛矿氧化物取代传统的Pt参比电极，能显著降低传感器的制作成本。以下内容以电位型氢气传感器为例进行描述。

本发明电位型氢气传感器之一，是以钙钛矿氧化物为敏感电极材料、参比电极包括但不局限于铂，也可是其它金属或氧化物、包括但不局限于GDC、SDC、YSZ或NASICON等为固体电解质构筑的电位型氢气传感器。