[发明专利]贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气敏材料及制备

说明书

本发明涉及一种贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气体敏感材料及其制备方法。通过一系列工艺实现贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气体敏感材料的制备。该复合材料结合了组分各自本身的优异特性，在克服传统金属氧化物敏感材料灵敏度低、选择性差、电阻大等缺点的同时进一步提升了传感器的气敏特性。以此三元复合材料制作的气敏传感器用于检测丙酮气体比金属氧化物/石墨烯复合材料及金属氧化物/贵金属半导体材料作为敏感材料的传感器具有更高的灵敏度、更快的响应、更短的恢复时间以及更强的选择性，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于气体敏感材料技术领域，具体涉及一种贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气体敏感材料及其制备方法。本发明还涉及一种基于贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气体敏感材料的气敏传感器。

背景技术

金属氧化物半导体气体传感器作为“气—电”信息转换器件，具有检测速度快、成本低等优点。但是金属氧化物半导体的纯相是广谱性敏感材料，其具有灵敏度较低、选择性差且电阻大等缺点。现代科技的发展对金属氧化物半导体气体传感器提出了更高的要求，该传感器不仅要有更高的敏感性，还需要有更高的气体选择性和稳定性。

传统改善气敏元件选择性和稳定性的方法主要有利用掺杂技术、优化制作工艺、烧结工艺、改良元件结构等。常用的掺杂物主要是贵金属如金、银、铂、钌、铑、锇、铱。贵金属具有催化活性，能降低被测气体化学吸附的活化能，因而可以有效地提高元件的灵敏度和缩短响应时间，但其也增加了材料的不稳定性。

石墨烯是一种新发现的碳族材料，具有优良的物理、化学性能。其与金属氧化物复合制成的复合材料广泛应用于光催化、气体敏感、能源等各个领域。在气敏方面虽然大大提高了其灵敏性，但在选择性方面仍不很理想。

尽管金属氧化物与贵金属复合气敏材料和石墨烯与金属氧化物复合气敏材料在一定程度上提高了气体传感器的稳定性和选择性，但是迄今为止，金属氧化物半导体气体传感器的选择性和稳定性差的问题还不能很好的解决。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种能提高气敏传感器敏感性、气体选择性和稳定性的多元复合气体敏感材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气敏传感材料及其制备方法。该方法以贵金属盐、贱金属盐和氧化石墨烯为原料制成性能优良的贵金属/贱金属氧化物/石墨烯三元复合气敏传感材料，以该复合材料制成的气敏传感器，对气体的选择性高、灵敏度好、响应快，且恢复时间短。

为此，本发明第一方面提供了一种气体敏感材料，其为贵金属、贱金属氧化物与石墨烯三元复合材料。

根据本发明，所述三元复合材料是由氧化石墨烯溶液与贱金属盐溶液和贵金属盐溶液混合后经热处理制得，在氧化石墨烯溶液与贱金属盐溶液和贵金属盐溶液的混合物中，贵金属盐、贱金属盐与氧化石墨烯的质量比为(0.3-0.7):(170-190):(0.24-0.28)；优选所述贵金属盐、贱金属盐与氧化石墨烯的质量比为(0.48-0.57):(171-180):(0.25-0.26)。

在本发明的一些实施例中，所述贵金属包括金、银、铂、钌、铑、锇和铱中的至少一种。优选所述贵金属为银。

在本发明的另一些实施例中，所述贱金属氧化物包括氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化锰、氧化铁、氧化钛、氧化锆、氧化铝、氧化钨和氧化钒中的至少一种。优选所述贱金属氧化物为氧化锡。

本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述敏感材料的制备方法，包括：

步骤A，将氧化石墨烯溶液与贱金属盐溶液和贵金属盐溶液混合后制得贵金属/贱金属氧化物/石墨烯前驱体混合物；

步骤B，对贵金属/贱金属氧化物/石墨烯前驱体混合物进行热处理制得气体敏感材料。