[发明专利]一种g-C3

说明书

本发明公开了一种g‑C₃N₄/SnO₂复合材料及其制备方法和应用，涉及气体传感器制备的领域。采用剥离的层状g‑C₃N₄与SnO₂纳米微粒形成异质结，作为丙酮气体传感的敏感材料，进而制备得到用于低浓度丙酮检测的气敏传感器，并对其微观结构和气敏性能进行了系统研究。结果表明，掺杂20％的g‑C₃N₄可显著降低SnO₂晶粒的纳米尺度、减小团聚、提高材料比表面积，增加活性位点的数量，使g‑C₃N₄/SnO₂对低浓度丙酮具有良好的响应性和稳定性，比表面积比纯SnO₂的高2倍，同时可显著降低传感器的使用温度。本发明显示g‑C₃N₄/SnO₂异质结材料是一种成本低、响应性优良的传感材料，在低浓度气敏传感如环境VOC监测、糖尿病筛查等领域有良好的应用前景，有利于便携式或可穿戴设备传感器的开发应用。

技术领域

本发明涉及气敏传感器制备的领域，具体涉及一种g-C₃N₄/SnO₂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

糖尿病是一种常见的内分泌代谢失常性疾病，是由于人体血糖过高而导致的各种靶器官受损的疾病。根据国际糖尿病联盟(IDF)最新发布的第十版《IDF全球糖尿病概览》调查和预测，全球20-79岁的成年人中有5.37亿(10.5％)糖尿病患者，中国是目前糖尿病患者人数最多的国家，约占全球所有成年糖尿病患者的四分之一，其中约有50％的糖尿病患者没有明显的症状。但若不及时发现和干预，可能会导致糖尿病重症或引起有关的并发症，从而大大提高后期的医疗成本。

目前，临床上使用的葡萄糖水平监测方法是通过生化分析仪检测静脉血或通过血糖分析仪检测指尖血液。前者是测量血糖浓度的黄金标准，但由于测量程序繁琐、仪器费用较高，仅适合在医院使用；而家用的血糖仪测量，则需要患者每天都进行多次采血。上述两种检测方法都会对人体造成一定的创伤，这给患者带来了一定的精神压力和感染的风险，并且不能持续监测血糖，可能会因此错过血糖变化的峰值。

呼出气分析用于疾病诊断、监测是近年来的研究热点，人体呼出气含有约3500种挥发性有机化合物，其中一些已经被确定为某种特定疾病的生物标志物。呼出气中的丙酮与人体血糖浓度密切相关，健康人群中丙酮的浓度约为200-800ppb，而糖尿病患者的浓度通常超过1.76ppm，有些甚至高达21ppm，是糖尿病的生物标志物。因此，开发针对呼出气丙酮传感的气敏材料用于糖尿病的初期筛查及日常监测，在国家大健康的战略背景下具有重要意义。

石墨氮化碳(g-C₃N₄)是一种聚合物半导体，由于其具有良好的可见光响应范围、易于制得、低成本并且环境友好，已成为可见光催化剂的重要材料之一。鉴于g-C₃N₄比表面积大，并且具有良好的稳定性，也可将其用于生成复合材料并用于气敏传感器中，应当对气敏性能有较大提升。g-C₃N₄的层状结构可以有效避免SnO₂在水热反应及烧结过程中的团聚，降低复合材料的晶粒尺寸，在异质结界面上进行有效的电子传输。因此，本发明以尿素为原料热解合成g-C₃N₄，探究不同摩尔比掺杂获得的g-C₃N₄/SnO₂复合材料的丙酮气敏响应特性。

发明内容