[发明专利]一种检测甲醛气体的敏感材料及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种检测甲醛气体的敏感材料及制备方法与应用，采用柚子皮作为生物模板合成镉掺杂一维SnO₂纳米纤维的甲醛气体敏感材料；制备步骤如下：(1)将柚子皮的内层剥离并切成块体，再用去离子水与无水乙醇浸泡，超声处理，干燥；(2)将SnCl₄·5H₂O溶解于去离子水和无水乙醇的混合液中，然后将添加到混合溶液中；(3)将生物模板柚子皮和尿素加到混合溶液中，并超声处理；(4)将上述溶液转移至聚四氟内衬中，在恒温干燥箱中保温，然后取出冷却至室温，得到的产物用去离子水和无水乙醇交替离心洗涤，再干燥、退火，收集得到敏感材料，再将上述材料用于制备气体传感器来检测甲醛气体，具有灵敏度高、响应快速、选择性好、工作温度低和稳定性好等优点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种检测甲醛气体的敏感材料及其制备方法与应用。

背景技术

甲醛是一种重要的原材料，其被广泛应用于各种工业过程中，包括化工、家具、纺织品、建筑物、印刷和工业清洗等，可以产生许多种与人们生活相关的产物。同时，甲醛也是一种无色有刺激性气味的气体，它可以通过各种来源被不间断地排出，如建筑材料，家具、干洗剂、化妆品和药物等。甲醛被公认为是住宅、办公室和居住环境等生活工作场所中最重要的空气污染物之一。甲醛也是造成病态建筑综合症的原材料之一，暴露于高浓度甲醛气体中可以引起许多潜在的健康危险和症状，如眼睛发炎、上呼吸道感染、呼吸困难、肺水肿和过敏性皮炎等，长期接触低浓度甲醛会引起头疼、头晕、呕吐、记忆力衰退和神经衰弱，甚至会导致中枢神经系统损坏和免疫系统紊乱。世界卫生组织和国家职业安全与健康研究所已经设立了甲醛安全暴露限为0.8ppm和1ppm。由此可见，甲醛对环境以及人们的身体健康造成了严重的影响与威胁。因此，对不同场所、环境中甲醛含量的检测显得至关重要，所以，研制一种高敏感材料用于检测甲醛气体具有很高的现实意义。

常见的甲醛检测方法包括高效液相色谱法、光谱法、酶电极和质谱法等，这些方法通常需要昂贵的设备、专业的技术人才并且操作复杂，不易于实时在线监测。然而，基于金属氧化物半导体的气体传感器由于成本低、体积小、操作方便、易于组装、响应快速且气敏性能好等优点而被广泛用于实时在线、连续监测甲醛。目前现有的甲醛气体传感器大多存在灵敏度低、工作温度高、响应恢复慢、重复性差及长期稳定性不好等诸多问题，从而阻碍了气体出传感器的实际应用。其中，二氧化锡(SnO₂)是一种典型的n型宽禁带半导体，并且是应用最广的气体检测敏感材料。SnO₂对甲醛检测也有一定的响应，通过改进制备工艺和传感材料的结构、成分等可以获得更好的气敏性能。然而，SnO₂材料对甲醛气体的灵敏度还有待进一步提高，从而满足实际应用的需求。为了进一步提高其气体传感器性能，SnO₂敏感材料的结构、形貌及成分设计成为了发展的重要方向。一维纳米结构具有比表面积较大的特点，可以在敏感材料表面提供更多的活性位点，更有利于在敏感材料表面发生的化学反应。另一方面，Cd掺杂SnO₂纳米复合材料作为敏感材料可以提高对甲醛气体的灵敏度，从而进一步提高传感器检测性能。

本发明涉及一种以生物材料为模板通过简单水热法制备Cd掺杂的具有一维纤维结构的SnO₂纳米敏感材料，用于检测甲醛气体，具有灵敏度高、工作温度低、选择性好、检测限低和稳定性好等优点，尚未见相关文献报道和专利申请。

发明内容

本发明公开了一种检测甲醛气体的敏感材料及其制备方法，且将该敏感材料用于制备气体传感器，来检测甲醛气体，具有灵敏度高、响应快速、选择性好、工作温度低和稳定性好等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种检测甲醛气体的敏感材料，所述检测甲醛气体的敏感材料是以生物材料柚子皮为模板通过水热方法制备的贵金属Cd掺杂的一维SnO₂纳米纤维材料。