[发明专利]用于检测氮氧化物的气敏材料、制备方法、元件及应用

说明书

本发明提供了一种用于检测氮氧化物的气敏材料、制备方法、元件及应用，该方法将传统气敏材料SnOsubgt;2/subgt;与光敏性较好的CsPbBrsubgt;3/subgt;、CsPbIsubgt;3/subgt;复合，利用CsPbBrsubgt;3/subgt;、CsPbIsubgt;3/subgt;在光照条件下可产生大量光生载流子的特点，在光照条件下增加SnOsubgt;2/subgt;表面的载流子数量，促进材料表面气敏反应的发生，从而提高SnOsubgt;2/subgt;检测氮氧化物的气敏性能。本发明使用低成本的化学原料、简便的制备方法合成了灵敏度高、检测限低、氮氧化物气敏材料，本方法原料利用率高、排放低、耗时短，本发明制备的传感器件成本低廉、方便携带，适合现场检测。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，具体涉及用于检测氮氧化物的气敏材料、制备方法、元件及应用。

背景技术

20世纪30年代金属氧化物的气敏性能被学者Bratoer发现，随后SnO₂成为了最早用于商业的气体传感材料，SnO₂为n型半导体材料，禁带宽度为3.6 eV，其对甲醛、乙醇、丙酮、一氧化碳、氮氧化物、氢气均有一定程度响应，SnO₂材料经一定加工修饰后气敏性能更佳，2010年韩国学者金一抖报道了SnO₂纳米纤维及贵金属Pd修饰的SnO₂纳米纤维，可分别用于二氧化氮及氢气的检测，检测下限可低至500 ppb（DOI:10.1002/adfm.201001251）。随后，学者Chongmu Lee合成了SnO₂-ZnO核壳纳米纤维复合材料，在紫外光照射条件下实现了对二氧化氮气体浓度的准确检测，探究了SnO₂复合材料在光响应条件下的气敏性质，但其检测下限仍不够低，只有1ppm（DOI:10.1021/am400500a）。

迄今为止，SnO₂作为检测氮氧化物的气敏材料仍然存在检测限高、合成过程复杂、灵敏度有待提升等问题。而无机钙钛矿材料CsPbBr₃、CsPbI₃具有良好的光敏特性，能够在光照条件下产生大量光生载流子，并且具有较高的热稳定性，能够适应气敏测试条件。因而，将CsPbBr₃、CsPbI₃与SnO₂复合并辅以光照条件有助于提升SnO₂基气敏材料的性能。但是目前仍然存在复合材料制备方法复杂，重复性不佳，气体检测性能不够高等问题。

发明内容

针对现有的技术的不足，本发明提供SnO₂-CsPbBr₃和SnO₂-CsPbI₃复合纳米材料，它对氮氧化物有较好的气敏性能，具有检测限低，稳定性较高，合成过程简单的优点，并且其对甲醛、乙醇、丙酮、甲苯、一氧化碳等气体也有一定程度的响应。本发明还提供了该材料的合成方法和应用。

本发明提出如下技术方案：

本发明的第一方面：一种用于检测氮氧化物的气敏材料，所述气敏材料为SnO₂-CsPbBr₃复合纳米材料；所述SnO₂-CsPbBr₃复合纳米材料由CsBr粉末、PbBr₂粉末和SnO₂粉末在助研剂作用下研磨制成；

所述SnO₂-CsPbBr₃复合纳米材料中，CsBr粉末和PbBr₂粉末的摩尔比为1:1；

所述SnO₂粉末与CsBr粉末的摩尔比为1：0.2~5；

所述CsBr粉末、PbBr₂粉末和SnO₂粉末与助研剂的固液质量比为1.27%~0.08%。