[发明专利]一种MOFs/GO复合气敏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及气敏材料技术领域，特别涉及一种MOFs/GO复合气敏材料及其制备方法和应用。通过原位合成法，将球形的Cu(INA)2颗粒附着于片状结构的氧化石墨烯表面，并经过用循环伏安法修饰，将氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯，得到MOFs/GO复合氨气气敏材料。本发明以自制的Cu(INA)2/GO为气敏复合材料，将其涂在叉指电极(IDE)上，对低浓度的氨气进行气敏性检测，该复合材料对低浓度的氨气体表现出良好的气敏传感性能。本发明采用原位合成法，其制备方法简单且易操作，制备过程耗时短，易规模化生产，而且对低浓度氨气气体的检测效果良好。

技术领域

本发明涉及气敏材料技术领域，特别涉及一种MOFs/GO复合气敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于煤的燃烧、工业废气、汽车尾气的排放，大气中存在SO₂、NH₃、NO_X等气态一次污染物，在H₂O和O₂存在的情况下生成NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄等固态二次污染物，这些固态颗粒物和空气中灰尘、微生物等其他颗粒物混合在一起形成了PM2.5，PM2.5是雾霾中最主要的污染成分，其颗粒小，易吸入肺部，且含有多种有害化学物质，危害人体健康。因此，快速实时、高选择性、高灵敏检测SO₂、NH₃、NO_X等污染物气体具有重要的现实意义，而对高性能气体传感材料的研究是影响该领域发展的重要瓶颈和关键技术。

目前，已报道的用于检测SO₂、NH₃、NOx等气体的石墨烯复合材料主要有：金属氧化物掺杂石墨烯、金属掺杂石墨烯和有机高分子掺杂石墨烯。以上复合材料的气体传感器均具有选择性较差和灵敏度不高等缺点。

石墨烯纳米材料因具有最大的比表面积(所有原子都暴露于表面)和纳米级的厚度等独特的物理化学性能为设计高灵敏气体传感器提供了良好的平台。基于石墨烯纳米材料的气敏传感器仍存在可检测的气体种类较少、选择性、重复性和稳定较差等问题和不足，在很大程度上限制了该传感器的应用范围。为提高石墨烯纳米材料的气敏性能，石墨烯复合材料已成为研究的热点。

金属有机骨架材料(MOFs)是近年来发展起来的一类由无机金属中心与有机官能团通过共价键或离子键相互联接，共同构筑的具有规整孔道结构的新型多孔材料，具有不饱和的金属配位点、可修饰的孔表面官能团、较大的比表面积且孔径可调等结构特点，可为设计合成具有高选择性吸附富集气体的新型功能材料提供良好的平台。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种MOFs/GO复合气敏材料及其制备方法和应用，对低浓度氨气气体具有良好的检测效果。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种MOFs/GO复合气敏材料，通过原位合成法，将球形的Cu(INA)₂颗粒附着于片状结构的氧化石墨烯表面，并经过用循环伏安法修饰，将氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯，得到MOFs/GO复合氨气气敏材料。

进一步的，所述Cu(INA)₂中的羟基与GO中的含氧官能团产生氢键作用而结合。

一种制备MOFs/GO复合气敏材料的方法，

(1)将氧化石墨烯超声分散于乙醇/水的混合液中；

(2)将硝酸铜和异烟酸溶于乙醇/水的混合液中，均匀搅拌使其完全溶解，并将超声分散后的氧化石墨烯乙醇/水的混合液加入，混合均匀并超声处理，在80℃恒温条件下反应24h，自然冷却至室温，过滤后的产物用乙醇和水溶液冲洗3次，并在真空条件下活化12h，得到MOF/GO复合材料；

(3)在气敏传感元件表面均匀涂一层MOF/GO复合材料，得到气敏传感器；