[发明专利]基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜制备方法及其在氨气敏感检测中的应用

说明书

本发明公开了一种基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜的氨气传感器制备方法，涉及纳米气体传感器技术领域，以六水合硝酸钴和四氰合镍酸钾为原料，采用聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，柠檬酸钠作为控制剂，在两者共同作用下制备二维氰基桥联Co‑Ni杂金属纳米片。其所得传感器具有良好的响应敏感性，氨传感响应速度快，响应电导率高，恢复时间短，明显优于三维材料膜。

技术领域

本发明涉及纳米气体传感器技术领域，尤其涉及一种基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜的氨气传感器制备方法及应用。

背景技术

氨气(NH₃)是一种无色的、具有刺激性气味的气体，是常见的有毒有害气体。它广泛地存在于人们的生产生活中。工业生产中的泄漏与废气排放、汽车尾气的排放、废弃物的腐败、农业中化肥的大量施用和畜牧业中动物的排泄都造成了日益严重的NH₃污染问题。由于NH₃在水中的高度溶解性，因此很容易刺激并损害人眼和呼吸道粘膜。因此，为了人类健康和环境保护，迫切需要开发高性价比、高灵敏度、高选择性的NH₃气体传感器。

现有技术中的配位聚合物(Coordination Polymers,CPs)由于其大的比表面积和可以调节的孔径大小，近几年来在世界范围内引起了广泛的关注。并且，在石墨烯、层状碳化硅等二维纳米材料的研究热潮下，二维配位聚合物因其不仅具有与其他二维材料相通的二维传导特性，还具有先天的设计便利性，在传感器领域获得广泛研究。然而，配位聚合物与常规共价聚合物不同。将各配体与受体相结合的配位共价键极性较强，配位聚合物在生长过程中更倾向于生成三维晶体，从而无法直接长成二维薄膜而应用于器件中。

二维配位聚合物在NH₃气体传感方面现有技术并未详细研究。而纯三维配位聚合物传感器又具有容易将金属或其他活性位点包覆、掩埋等缺点，限制了其在NH₃气体检测中的应用。并且在合成中添加其他助剂容易产生材料缺陷。

改善配位聚合物气体传感材料性能的有效方法主要是采用合适的合成工艺，直接合成单层或仅几层的配位聚合物，即自下而上的方法；或者合成块状配位聚合物后将其层层剥离制备单层配位聚合物，即自上而下的方法。然而既要制备高活性的配位聚合物，又要维持其二维材料表面的结构完整性，保留其多金属活性位点，同时兼顾以上几点无疑是十分困难的。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜的氨气传感器制备方法，所得传感器具有良好的响应敏感性，氨传感响应速度快，响应电导率高，恢复时间短，明显优于三维材料膜。

本发明由此提供一种基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜的氨气传感器制备方法，以六水合硝酸钴和四氰合镍酸钾为原料，采用聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，柠檬酸钠作为控制剂，在两者共同作用下制备二维氰基桥联Co-Ni杂金属纳米片。

二维氰基桥联Co-Ni杂金属纳米片具体为四氰合镍酸钴(Co[Ni(CN)₄])，其制备过程包括：

①将六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在甲醇(CH₃OH)中；

②将四氰合镍酸钾(K₂[Ni(CN)₄])和柠檬酸钠(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)溶解在甲醇-水混合溶剂(10mL，体积比1:1)中；

③将步骤①和步骤②所得两溶液混均并超声振荡；然后使用涡旋振荡器振荡；随后超声振荡，得到混合的均匀溶液；

④将均匀溶液在室温下静置后，重复以上步骤③至少一次；