[发明专利]一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用，该薄膜括元素占比为15～21％的氧化锌纳米晶粒、60～69％的碳化小球藻、4～10％的石墨烯量子点和2～10％铂纳米颗粒；该薄膜的制备方法包括以下步骤：(1)制备碳化小球藻；(2)制备铂纳米颗粒低碳醇溶液；(3)将锌前驱体和石墨烯量子点加入低碳醇中搅拌均匀，再进行超声分散，加入铂纳米颗粒，再超声分散均匀制得混合液；(4)加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；(5)在具有叉指电极的器件基底上旋涂混合溶液，依次进行后置热处理、氧等离子体处理；(6)热处理，即得复合薄膜。该薄膜灵敏度高、检出限低，对浓度为50ppb的甲醇灵敏度为3.3，对于甲醇具有极佳的选择性。

技术领域

本发明涉及一种复合薄膜及其制备方法与应用，更具体地，涉及一种石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

空气污染与水污染、土壤污染是威胁人类正常生活的三大污染，近年来随着工业的发展、人口的增加空气污染变得越来越严重，特别是室内挥发性有机物VOCs污染，加之人们多数时间身处室内，VOCs超标已经严重威胁到普通人的健康生活。此外，人呼出气体中的痕量挥发性有机化合物中的某些内源性VOCs可作为临床生物标志物。在当前复杂空气污染环境下，无论对于呼出气体的分析还是环境暴露评估，呼出气体中内源性VOCs的准确标定都非常重要。其中呼出气体中甲醇已被确定为神经系统疾病的生物标记物。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；但基于金属氧化物半导体的气体传感器往往需要较高的工作温度(200～400℃)才可以使器件获得较好的传感性能，同时这类气体传感器的气敏材料所表现出的气敏性能往往很差，响应不稳定可靠、相应速度慢、灵敏度低、选择性差。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种具有高灵敏度、高特异性和低干扰性能的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜，本发明的另一目的是提供该复合薄膜的制备方法，本发明的另一目的是提供该复合薄膜的应用。

技术方案：本发明所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜，包括元素占比为15～21％的氧化锌纳米晶粒、60～69％的碳化小球藻、4～10％的石墨烯量子点和2～10％铂纳米颗粒。

其中，石墨烯量子点为氮掺杂石墨烯量子点、氯基化石墨烯量子点或硫掺杂石墨烯量子点，碳化小球藻的粒径为200nm～1um，氧化锌纳米晶粒的尺寸为3～4nm，所述功能化石墨烯量子点的粒径为4～6nm，铂纳米颗粒的粒径为4～8nm。

本发明所述的石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜的制备方法包括以下步骤：

(1)制备碳化小球藻；(2)利用氯铂酸制备铂纳米颗粒，并制备铂纳米颗粒低碳醇溶液；

(3)将锌前驱体和石墨烯量子点加入低碳醇中搅拌均匀，再进行超声分散，加入铂纳米颗粒，再超声分散均匀制得混合液；

(4)将混合液旋转蒸发，浓缩至1/4～1/2，加入碳化小球藻搅拌均匀得到混合溶液；

(5)在具有叉指电极的器件基底上旋涂混合溶液，加热干燥后依次进行后置热处理、氧等离子体处理，得到干燥样品；

(6)将干燥样品置于惰性气体下热处理，即得石墨烯量子点/ZnO/小球藻复合薄膜。

其中，步骤2包括以下步骤：

(21)向烧杯中加入体积比为1：1.2～2.4：5的氯铂酸溶液、PVP溶液和二甲亚砜DMSO混合均匀，其中氯铂酸溶液和PVP溶液的浓度分别为5×10^-3～5×10^-2mol/L、1×10^-4～1×10^-3mol/L；