[发明专利]一种用于CO浓度检测的气体传感器

摘要

本发明涉及一种用于CO浓度检测的气体传感器，本发明气体传感器是基于氮掺杂的石墨烯/铂电极的，由石墨烯、尿素、Nafion溶液、络合金属([Pt(NH₃)₄]Cl₂)、NaBH₄以及联胺(N₂H₄)经过掺杂、混合、反应等过程制备而成。本发明涉及的气体传感器对CO具有显著的电化学催化效应，其响应时间短，重复性好；本发明涉及的气体传感器可以定量检测出CO的浓度，并且有很宽的线性测量范围，还具有制备成本低、绿色无污染等优点，能够实现对CO气体的实时检测和监控。

主权项

一种用于CO浓度检测的气体传感器的制备方法，其步骤如下：(1)制备掺杂氮的石墨烯：反应在管式炉中进行，管式炉内为真空状态，使用外径为2～4cm长度为1.1～1.5m的石英管，在其中部将一个直径10～14mm长度27～40mm的试管与一个直径25～30mm长度27～40cm的试管套在一起，在加热处分别将盛有石墨烯粉末和尿素放入反应舟，控制管式炉温度为70～90℃，加热时间为7～12min，反应结束后降温到40～45℃时，通入惰性气体，至石英管内外气压平衡时，将样品取出，用去离子水清洗样品，去除样品表面残余的尿素，即得到氮掺杂的石墨烯；其中，所述管式炉内为真空状态是为了防止加热时残余的空气与石墨烯反应，真空度为‑0.08～‑0.02Mpa；所述石墨烯粉末与尿素的质量比为：1：10～30；(2)Nafion溶液的浓缩：将盛有Nafion溶液的玻璃模具放入真空干燥箱中，在51～57℃将溶液烘至浓度为15～20％，在高浓度Nafion溶液中滴加浓度0.2％的二甲基亚砜(DMSO)，放入超声波清洗机中震荡约30～60min，去除溶液中的气泡，配成铸膜液；其中，所述DMSO与所述高浓度Nafion溶液体积比为1：30～35；(3)氮掺杂的石墨烯的分散：将铸膜液以及氮掺杂的石墨烯按体积质量比(mL/g)100:2～5的比例在玻璃模具中混合置于超声波清洗机中，采用60kHz～120kHz的超声波处理3～6h，形成铸膜液；(4)离子交换膜的固化：将铸膜液置于60～75℃烘箱中，直至膜的表面干燥，将烘箱温度升至105～110℃并保持1～4h，再将温度升高至130～135℃保持1～2h，关闭烘箱，自然冷却至室温，得到离子交换膜；打磨使离子交换膜表面呈磨砂状，将打磨完的离子交换膜用去离子水反复清洗，并放入超声波清洗机中振荡15～30min；将离子交换膜放入稀盐酸(HCl，0.5～1mol/L)中加热至50～70℃保持30～50min；取出离子交换膜用去离子水反复清洗后，在双氧水(H₂O₂，5～8％)中加热至50～70℃保持30～50min；去离子水清洗，即得到固化的离子交换膜；(5)Gr‑N/Pt电极的制备：将离子交换膜浸入络合金属([Pt(NH₃)₄]Cl₂)溶液进行离子交换，50～70℃保持30～50min，再加入NaBH₄溶液，在常温下保持30～50min，最后在联胺水溶液(N₂H₄)中放置30～50min，得到Gr‑N/Pt修饰的表面电极，即Gr‑N/Pt电极；(6)气体传感器的制备：以Gr‑N/Pt电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对比电极，多孔聚四氟乙烯膜作为透气膜，制成气体传感器。