[发明专利]一种钛网支撑钴基金属有机骨架石墨烯纳米片阵列及其应用

说明书

本发明提供了一种钛网支撑钴基金属有机骨架石墨烯纳米片阵列及其应用，该石墨烯纳米片阵列制备过程为：制备过程为：采用一步热熔法制备Co‑GR/MOF，然后制备Co‑GR/MOF/TM；该应用具体为对NO₂浓度检测，将该石墨烯纳米片阵列在NO₂气体检测方面应用时，发现其对NO₂的传感性能优异，具有良好的灵敏度、稳定性以及低检测限。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种钛网支撑钴基金属有机骨架石墨烯纳米片阵列及其应用。

背景技术

近年来，工业的迅速发展给我们的生活带来了很多的便利，同时也带来了很多环境污染问题。其中，二氧化氮作为一种常见的有害气体，是引起酸雨和光化学烟雾以及空气污染物PM2.5的重要前驱体之一，严重威胁着人体健康。因此，需要开发一种高性能的传感器对微量二氧化氮的原位检测。

目前，石墨烯用于特定检测二氧化氮气体的研究已被广泛报道，但是目前会存在灵敏度低、室温脱附性能差等缺点，导致在多次重复使用过程中，传感器的灵敏度变差，使得检测结果不具有重复性。金属有机骨架(MOF)由金属离子和有机配体通过自组装结合而成，具有高孔隙率和较大的比表面积。但是传统MOF存在取向无序和导电率低等问题，限制了它在电化学传感领域的应用。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种钛网支撑钴基金属有机骨架石墨烯纳米片阵列及其应用，该石墨烯纳米片阵列通过使用一步溶剂热法制备Co-GR/MOF，可有效解决石墨烯的团聚问题，将石墨烯表面的吸附位点充分暴露出来，同时构建的三维骨架结构可大大增加目标分子的穿透性，增加传感层与目标分子的接触面积，从而可提高此Co-GR/MOF/TM传感器的综合性能；将该石墨烯纳米片阵列在NO₂气体检测方面进行应用，发现其对NO₂的传感性能优异，具有良好的灵敏度、稳定性以及低检测限，实验室测定其对20ppb的NO₂气体有较好的传感性能。

本发明的技术方案如下：

一种钛网支撑钴基金属有机骨架石墨烯纳米片阵列(Co-GR/MOF/TM)，制备过程为：采用一步热熔法制备Co-GR/MOF，然后制备Co-GR/MOF/TM；

其中，在一步热熔法中，将石墨烯添加到N，N-二甲基甲酰胺中，然后向其中加入CoCl₂·6H₂O和对苯二甲酸，混匀后继续加入乙醇和超纯水即可。

上述钛网支撑钴基金属有机骨架石墨烯纳米片阵列(Co-GR/MOF/TM)，制备方法如下：

(1)一步溶剂热法制备Co-GR/MOF：将0.02～0.04mol石墨烯(GR)加入30～100mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声10～20min，然后向其中加入CoCl₂·6H₂O和对苯二甲酸(TPA)，搅拌10-30min，得到混合均匀的混合溶液；然后，向混合溶液中缓慢加入2.5～7.5mL乙醇和2.5～7.5mL超纯水，持续搅拌30min，获得溶液Ⅰ；

(2)制备Co-GR/MOF/TM：将溶液Ⅰ转移到内衬特氟隆的不锈钢高压釜中，放入钛网，在125-150℃保持12～18h；冷却后，取出产品，用超纯水洗涤，于60-80℃条件下干燥4～6h，得到Co-GR/MOF/TM。

石墨烯具有优异的电导率和大的比表面积，在溶液Ⅰ中加入石墨烯，使得获得的Co-GR/MOF/TM在传感过程中的电子转移速率提高以及对目标产物的灵敏度增加，提高其电化学性能。在钴存在的情况下，使用钛网与溶液Ⅰ，提高Co-GR/MOF/TM的稳定性。

传感层为三维网络结构，因此目标分子可以进入传感层的内部，相比于二维结构，此时目标分子可穿过传感层外表与内部的吸附位点接触，因此可增加目标分子的穿透性。