[发明专利]基于聚多巴胺修饰的二氧化锡纳米复合气敏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及SnO₂‑PDA气敏材料技术领域，特别涉及基于聚多巴胺修饰的二氧化锡纳米复合气敏材料及其制备方法和应用。本发明通过静电纺丝与氧化聚合相结合的方法合成由聚多巴胺微球修饰的二氧化锡纤维状纳米结构，二氧化锡纳米纤维为聚多巴胺微球提供了复合支架，附着在二氧化锡纳米纤维上的聚多巴胺纳米微球富含各种胺基官能团；将此SnO₂‑PDA复合纳米材料通过旋涂法涂覆于石英晶体微天平表面的银质电极上以制得气敏传感器。基于本发明方法制备QCM气体传感器，对甲醛气体有很高的灵敏度，具有低检测限(ppb级)、快速的响应/恢复时间、高线性度、出色的可重复性与选择性等优点，为实现高精度甲醛检测提供了可行的解决方案。

技术领域

本发明涉及SnO₂-PDA气敏材料技术领域，特别涉及基于聚多巴胺修饰的二氧化锡纳米复合气敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

甲醛，作为一种典型的室内挥发性有机化合物，污染源主要来自木质地板、饰面油漆、家具和日用化妆品等。短期内吸入过多的甲醛蒸汽可能会引起口鼻和呼吸道产生刺激反应，导致咳嗽甚至哮喘。而长期生活在甲醛超标的环境中可能会导致过敏性皮炎、肺部损伤、免疫系统紊乱等潜在的健康问题。同时，国际癌症研究机构也将甲醛列入一类致癌物清单中，世界卫生组织(WHO)和国家职业安全与健康研究所(NIOSH)分别将甲醛的最大安全暴露浓度设置为0.08ppm和1ppm。目前有许多检测甲醛的方法，包括气相色谱法、液相色谱法和比色法，但这些手段都需要高精度的仪器支持，较高的操作要求，且需要在固定的测试环境下进行，不适用于现场实时监测。综上所述，研制一种高性能的甲醛检测传感器以应用于室内空气中的甲醛实时检测具有重要意义。

石英晶体微天平(QCM)因其高精度、低功耗、高稳定性等优势，在甲醛检测中受到广泛关注。其检测机理是：附在石英晶体上的敏感薄膜吸附气体分子，发生的质量变化改变了石英晶体的谐振频率，从而采集QCM的频率输出。因此构成敏感薄膜的纳米材料是QCM检测甲醛的关键。SnO₂，作为一种典型的n型半导体金属氧化物，因具有宽带隙(3.6eV)、超高的电子迁移率、极强的热稳定性和化学稳定性，而被广泛应用于气湿敏传感器中。其中，通过静电纺丝制备的SnO₂纳米纤维结构因制备简单，表面积大，感测性能好而广受关注。近年来，聚多巴胺(PDA)因表面存在许多官能团，如邻苯二酚，胺和亚胺，可与气体分子发生一定的化学吸附。同时因其聚合和修饰的方法相对简单，基于聚多巴胺的纳米材料的制备和在气敏检测方面的应用迅速发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了基于聚多巴胺修饰的二氧化锡纳米复合气敏材料及其制备方法和应用，以解决背景技术中存在的问题。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：基于聚多巴胺修饰的二氧化锡纳米复合气敏材料，通过静电纺丝与氧化聚合相结合的方法合成由聚多巴胺微球修饰的二氧化锡纤维状纳米结构，二氧化锡纳米纤维为聚多巴胺微球提供了复合支架，附着在二氧化锡纳米纤维上的聚多巴胺纳米微球富含各种胺基官能团。

进一步的，所述聚多巴胺微球直径为180～300nm，所述二氧化锡纤维的直径为150～280nm。

本发明还包括一种制备基于聚多巴胺修饰的二氧化锡纳米复合气敏材料的方法，包括如下步骤：

①制备SnO₂纳米纤维的前驱体：将1.13～1.33g的SnCl₂·2H₂O溶解在含有5mL乙醇和5mL DMF的混合液中，磁力搅拌10～30min，称取0.7～0.9g的PVP缓慢加入，在50～70℃下磁力搅拌4～6h，获得具有粘性的静电纺丝前驱体溶液；