[发明专利]以CoMoO4为敏感电极的稳定氧化锆基混成电位型三乙胺传感器及其制备方法

说明书

一种以CoMoO₄为敏感电极的稳定氧化锆基混成电位型三乙胺传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。传感器依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、稳定氧化锆基板、Pt参考电极和CoMoO₄敏感电极组成，CoMoO₄敏感电极材料通过水热法制备；参考电极和敏感电极彼此分立且对称地制备在稳定氧化锆基板上表面的两端，稳定氧化锆基板下表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起。本发明以稳定氧化锆作为离子导电层，利用具有高电化学催化活性的CoMoO₄复合氧化物材料为敏感电极，通过不同煅烧温度(800℃～1100℃)来改变敏感电极层的微观形貌，达到提高三乙胺敏感特性的目的。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种以CoMoO₄为敏感电极的稳定氧化锆基混成电位型三乙胺(TEA)传感器及其制备方法，其主要用于挥发性有机胺的快速检测。

背景技术

三乙胺(TEA)是最重要的挥发性有机胺之一，具有无色透明、易燃、易爆、剧毒、刺激性强的特点，已被广泛应用于工业生产过程，包括有机溶剂、阻聚剂、防腐剂、催化剂、合成染料等。同时，TEA也可能在死鱼和海洋生物的腐化过程中产生，而且气体浓度随着死亡程度的恶化而显着增加。更为重要的是，它会引起多种有害健康的影响，诸如：眼睛刺激、呼吸问题、肺水肿，甚至死亡。因此，开发具有高灵敏度、高选择性和高稳定性的实时、快速、便携和低成本的TEA 气体传感器具有至关重要的意义。

迄今为止，基于SnO₂、ZnO、α-Fe₂O₃、α-MoO₃、Zn₂SnO₄和NiFe₂O₄的金属氧化物半导体(MOS)型TEA传感器由于制作成本低、便携性好、传感特性好、灵敏度高等优点，已经被广泛研究。但大多数MOS气体传感器缺乏快速响应和选择性。相比之下，固态电解质型气体传感器由于对各种危险、易燃、易爆气体具有优异的传感性能而备受关注。其中，基于氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质的混合电位型气体传感器由于其具有更好的环境稳定性和优异的选择性而被认为是最有潜力的备选器件。到目前为止，已经开发出了多种YSZ气体传感器，用于检测NO₂、NH₃、SO₂、H₂S、VOCs和碳氢化合物。然而，用于实现快速检测TEA的基于混成电位模型的YSZ基气体传感器尚未见报道。

稳定氧化锆基混成电位型气体传感器的敏感机理是：气氛中待测气体TEA 通过敏感电极层向三相反应界面扩散，在扩散过程中由于发生反应(1)，待测气体TEA的浓度会逐渐降低，氧化物敏感电极的多孔性决定待测气体TEA浓度的降低程度。在气体/YSZ导电层/敏感电极的三相界面处，同时发生电化学还原反应和电化学氧化反应，反应(2)和(3)构成一个局部电池，当两者反应速率相等时，反应达到平衡，在敏感电极上形成混成电位，它与参考电极的电位差作为传感器的检测信号。检测信号大小由电化学反应(2)和(3)的速率来决定，而反应速率取决于敏感电极材料的电化学和化学催化活性、电极材料微观结构 (比如材料的多孔性、粒度、形貌等)。因此，开发可用于TEA检测的高电化学催化活性的敏感电极材料来构建高性能的TEA气体传感器非常必要。

反应式如下：

2C₆H₁₅N+39/2O₂→12CO₂+N₂+15H₂O (1)

39/2O₂+78e^-→39O^2- (2)