[发明专利]碳量子点-四氰合镍酸钴复合材料的氨气传感器制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种碳量子点‑四氰合镍酸钴复合材料的氨气传感器制备方法，涉及纳米气体传感器技术领域，采用聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，制备二维四氰合镍酸钴纳米片，一步热解法合成碳量子点，并制造CQDs@Co[Ni(CN)₄]材料及基于其复合薄膜的NH₃传感器。其所得传感器具有良好的响应敏感性，氨传感响应速度快，并且响应电导率高，抗湿度干扰性好。

技术领域

本发明涉及纳米气体传感器技术领域，尤其涉及一种碳量子点-四氰合镍酸钴复合材料的氨气传感器制备方法及其在氨敏膜传感中的应用。

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。

现有技术中的二维配位聚合物(Coordination Polymers,CPs)，是金属-有机框架(MOFs)家族中的典型材料，由于其超薄的厚度、较大的表面积以及高度易接近的活性位点而具有独特的性能，近几年来在现有技术中引起了广泛的关注。

由于绝缘配体的p轨道以及金属离子的d轨道之间重叠程度较弱，大多数配位聚合物是差的电导体。尤其对于二维配位聚合物的薄膜传感器来说，在相对湿度较低时，电阻往往在GΩ级，无法直接用于生产实践。因此对NH₃的传感性能测试只能在相对较高的湿度下进行，这大大限制了该传感器在实际生活、工业中的应用。单纯选择高电导率配体又容易丧失其传感灵敏度。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明致力于对二维氰基桥联Co-Ni杂金属纳米片的电导率进行调节，在保持其对NH₃的高敏感性的同时，使其能够适应更多样的工作环境。提供了一种碳量子点-四氰合镍酸钴复合材料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，并且响应电导率高，抗湿度干扰性好。

本发明由此提供一种碳量子点-四氰合镍酸钴复合材料的氨气传感器制备方法，

①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；

②以乙二胺四乙酸二钠(简称EDTA-2Na)为前躯体，在N₂或惰性气氛下200-300℃煅烧，升温速率1-5℃/min，煅烧时间1-3h；产物分散于水并超声后，通过离心过滤，透析除杂，得碳量子点(简称CQDs)；

③将Co[Ni(CN)₄]溶液与合成的CQDs溶液，持续搅拌混合，后通过离心收集所得CQDs@Co[Ni(CN)₄]纳米片，用CH₃OH洗涤分散备用。

碳量子点的制备过程优选包括：

①将EDTA-2Na置于管式炉内，并在N₂气氛下以3-5℃/min的升温速率在200-250℃的管式炉中煅烧1-2h；

②将产物研磨并分散于水中，将悬浮液室温下超声处理，以8000-10000rpm高速离心；使用0.3μm以下滤纸过滤上层溶液，除去沉积的Na盐；

③将溶液用透析管透析，除去残留的盐和碎片，干燥获得碳量子点粉末，水分散备用。

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])，其制备过程优选包括：