[发明专利]一种定电位电解型气体传感器、制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种定电位电解型气体传感器、制备方法和用途，所述气体传感器包括工作电极，所述工作电极包括憎水性膜和固定于憎水性膜表面的微电极阵列，所述微电极阵列包括由石墨烯和分散在石墨烯中的电化学活性材料构成的石墨烯基复合材料，本发明将石墨烯基复合材料应用于定电位电解型气体传感器的工作电极，得到了一种比表面积更大的工作电极，检测气体的效果相较于普通电极提升明显，检测极限可达0.1ppm，检测误差约为0.4％，使用寿命可达8000次循环且能够有效检测氢气、甲醛、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气、臭氧等多种气体。

技术领域

本发明属于气体检测领域，尤其涉及一种定电位电解型气体传感器及其制备方法和用途。

背景技术

随着人们自身生活水平的提高和对环境保护的日益重视，对各种有毒、有害气体如甲醛、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气、臭氧等进行实时在线监测，从而对大气污染或工业废气进行监控，进而进一步提高人类居住环境的质量变得尤为重要，因此，开发出有效的气体传感检测设备已经成为当务之急，电化学气体传感器因灵敏度高、操作简单、携带方便、可现场直接和连续检测等优点，越来越受到人们的青睐，因此属于热门的研究领域。

石墨烯是一种由sp²杂化的碳原子组成的单个原子厚度的二维晶体结构，可以被看作是一层被剥离的石墨片层，石墨烯具有优异的力学和电学特性、良好的生物相容性和大的比表面积等优点，这些特性有利于气体分子在石墨烯表面的吸附，因此，石墨烯基材料被认为一种理想的用于制备气体检测传感器的材料。

在电化学传感器应用方面，石墨烯基材料对于生物小分子的电化学传感具有很好的增敏效果，故适用于绝大多数溶液中小分子的氧化还原电化学检测，然而，由于气体的氧化还原反应一般较难发生，现有技术中多利用气体在石墨烯表面进行吸附，改变石墨烯的载流子浓度，引起石墨烯电学性质的变化来实现对气体分子的检测，上述原理属于半导体式检测原理，利用半导体式的检测原理制得的气体传感器结构复杂，难以进行加工制作，例如，单片石墨烯可以被用来构建高灵敏的气体传感器并能够探测单个分子，所需的单片石墨烯却需要通过化学气相沉积等昂贵复杂的制备方法制得，不具备经济实用性；此外，CN104034758A中公开了一种集成氢气传感器，包括基片、加热电极、导热绝缘层和检测电极等，在检测电极上的金属氧化物薄膜，金属氧化物薄膜表面上沉积有贵金属粒子，石墨烯膜覆盖在沉积有贵金属粒子的金属氧化物薄膜上，其制备方法复杂且仅能用于检测氢气，对于其他气体不具有敏感性；CN104569064A中也公开了一种以自卷曲微米管或纳米管为载体的石墨烯气体传感器，传感器由应变薄膜自卷曲形成的微米管或纳米管与带有正负金属电极的石墨烯层共同组装形成，石墨烯层附着在微米管或纳米管的内壁上，管的外部留有金属电极，其也存在结构复杂，制备困难、刻蚀和真空沉积成本较高等问题，难以大规模生产。

定电位电解型气体传感器与传统的半导体式气体传感器不同，利用气体在工作电极上的氧化还原反应，产生特定的工作电流来进行气体检测，对于还原性气体检测效果明显，是目前在气体检测领域中使用的主流传感器，将其用于检测不同气体时，根据气体灵敏度的不同，根据响应时间的不同可以区别检测甲醛、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，检测效果明显，信号处理较容易。

随着人们对于检测精确度和检测特异性的要求逐渐提高，利用半导体式的检测原理制得的气体传感器已渐渐不能满足人们的需要，因此，在现有技术的基础上，本领域的技术人员需要研发一种新的制备方法简便、检测气体多样，能够对甲醛、二氧化硫、甲醛、氮氧化物、一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气、臭氧等多种气体进行实时氧化还原检测的定电位电解型气体传感器。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新的制备方法简便、检测气体多样，能够对二氧化硫、甲醛、氮氧化物、一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气、臭氧等多种气体进行实时氧化还原检测的定电位电解型气体传感器及其制备方法和用途。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：