[发明专利]一种基于金纳米颗粒修饰的氧化铁/还原氧化石墨烯材料的柔性传感器的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种基于金纳米颗粒修饰的氧化铁/石墨烯材料的柔性传感器的制备方法及其应用，属于功能纳米材料制备技术领域。将氧化铁颗粒与还原氧化石墨烯进行复合，随后在该复合材料表面利用表面配体修饰金纳米颗粒。提高该复合材料对二氧化氮气体的传感性能。利用该复合材料与微电子打印机制造的柔性电极制备柔性二氧化氮传感器。还原氧化石墨烯优越的导电性以及机械柔韧性使得该材料适合于柔性气体传感器的制备。此外，氧化铁颗粒以及金纳米颗粒为二氧化氮在石墨烯表面的吸附提供了更多的活性位点，提高了比表面积，同时两者与石墨烯之间形成的欧姆接触促进了电子的传输，因此大大提升了还原氧化石墨烯材料对二氧化氮的响应能力。

技术领域

本发明涉及一种基于金纳米颗粒修饰的氧化铁/石墨烯材料的柔性传感器的制备方法及其应用，属于功能纳米材料制备技术领域。

背景技术

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的材料。石墨烯材料具有载流子浓度高，机械柔韧性好，比表面积高等突出优点。近年来，众多科学家利用石墨烯与其他材料进行复合制备出了众多性能优异的气体传感材料。金属氧化物半导体材料如ZnO，NiO，Fe₂O₃由于其对目标气体较高的响应，较好的选择性等优点被广泛应用于气体传感器的制造中。此外，在材料表面修饰贵金属颗粒不仅可以增强材料的导电性，还可以降低材料表面吸附气体分子所需的能量。因此将贵金属颗粒修饰于材料表面也成为增强气体传感材料传感性能的重要途径。

科技和工业的快速发展导致空气污染日益严重，主要由工业排放和汽车尾气产生的二氧化氮(NO₂)已被证明可引起多种肺部疾病，并且其是酸雨形成的主要原因之一。检测二氧化氮含量以控制二氧化氮排放可及时避免生命财产受到损伤。同时，人体患有肺部疾病可能导致气道上皮细胞中一种一氧化氮(NO)合成酶的增加，因此这类患者的呼气中NO气体的浓度常高于常人。由于NO在空气环境下易氧化为二氧化氮(NO₂)，因此较为精准地检测人体呼气中的NO₂浓度变化可以诊断出肺部疾病患者的病情。同时，将气体传感器柔性化有利于将气体传感器应用于可穿戴设备之中实现对目标气体地实时检测，帮助患者及时掌握自身病情。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于金纳米颗粒修饰的氧化铁/还原氧化石墨烯材料的柔性传感器的制备方法及其应用。将氧化铁颗粒与还原氧化石墨烯进行复合，随后在该复合材料表面利用表面配体修饰金纳米颗粒。提高该复合材料对二氧化氮气体的传感性能。利用该复合材料与微电子打印机制造的柔性电极制备柔性二氧化氮传感器。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种金纳米颗粒修饰的氧化铁/还原氧化石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤：

(4)将六水合氯化铁分散于去离子水中，加入氧化石墨烯水溶液；搅拌，超声后通过水热法制备出还原氧化石墨烯/氧化铁(rGO/Fe₂O₃)；

(5)将步骤(1)中制备好的还原氧化石墨烯/氧化铁分散于水中并将该溶液转移至透明玻璃瓶中，随后将氯金酸与正十八硫醇加入该溶液中，避光搅拌；

(6)利用氙光灯光照步骤(2)搅拌后的溶液，制备出金纳米颗粒修饰的还原氧化石墨烯/氧化铁复合材料(Au/rGO/Fe₂O₃)；

所述步骤(1)中六水合无水氯化铁与氧化石墨烯的质量比为4：1，石墨烯水溶液浓度为0.5g/L，搅拌速率为500rpm，时长为10min，超声时长为30min；搅拌时长为水热法的加热温度为160℃，加热时间为18h；

所述步骤(2)中氯金酸，正十八硫醇，还原氧化石墨烯/氧化铁的质量比为1：2：2；搅拌速率为200rpm，时间为5min；

所述步骤(3)中的氙灯输出功率为150W，光照时长为2min。