[发明专利]一种对极低浓度丙酮敏感的氧化锌/硫化钼薄膜

说明书

本发明提供了一种可用于极低浓度丙酮检测的氧化锌/硫化钼薄膜的制备方法，属于气敏传感器技术领域。我们将ZIF‑8热处理得到氧化锌，再将氧化锌与钼源、硫源水热合成氧化锌/硫化钼，然后进行气敏测试。该样品在极低浓度0.075ppm丙酮下，仍然具有较高的响应值(1.62)和较短的响应/恢复时间(23秒/35秒)。此传感器薄膜制备方法简单，原料成本低，材料膜性能优异，具有很好的应用价值和前景。

技术领域

本发明属于气敏传感器技术领域，具体涉及一种氧化锌/硫化钼薄膜的制备及其对极低浓度丙酮的气敏性能研究。

背景技术

丙酮是制造炸药、橡胶、纤维等材料的有机溶剂，也是合成烯酮、聚异戊二烯橡胶、环氧树脂等有机物的原料，在工业生产中具有广泛的应用(Sens.Actuators B:Chem.,2015,209,368-376)。同时，丙酮对人体具有危害性，长时间暴露在丙酮气氛中，即使是痕量(≤1ppm)丙酮也会导致人体出现鼻喉肺发炎、头痛眩晕、反胃等慢性中毒现象。高浓度丙酮通过嗅觉就能感知(人的丙酮嗅阈值约为100ppm)，而痕量丙酮无法通过嗅觉感知。此外，在医学领域，通过检测人体呼出气中的痕量丙酮浓度可诊断糖尿病(健康人：0.3-0.9ppm，糖尿病人：高于1.8ppm)(Adv.Mater.,2017,29,1700737)。可见，对特定环境中痕量丙酮的实时监测在环境监测、疾病诊断等领域具有非常重要的科学意义和应用价值。

金属氧化物半导体气体传感器由于具备结构简单、价格低廉、操作方便等优点而被广泛用于气体检测。氧化锌是一种常见的n型半导体，研究表明，无论是对氧化性气体还是对还原性气体，氧化锌均具有较好的气敏性能(Sens.Actuators B:Chem.,2008,134,166-170)。迄今为止，人们研究的氧化锌传感器多为纳米棒(Mate.Lett.,2016,165,83-86)、纳米管(J.Alloys Compd.,2017,702:20-30)等组成。而将ZIF-8(沸石咪唑酯骨架-8)衍生的氧化锌直接应用于丙酮传感器还较为少见。由ZIF-8衍生的氧化锌不仅具有极大的比表面积，且孔结构丰富，因而比由传统法制备的氧化锌具有更优异的丙酮气敏性能。但纯氧化锌仍然存在一些不足，如只适合探测高浓度丙酮(高于100ppm)，对低浓度丙酮的响应时间、恢复时间太长。

近些年来，新型二维类石墨烯材料—硫化钼因其特殊的结构和优异的性能在摩擦学、电化学、光学等领域中得到了广泛的应用。此外，二硫化钼因其表面为多孔结构,具有较大的比表面积，具有显著的吸附能力，故在气体传感领域可发挥一定的作用。但是，目前二硫化钼多被应用于氨气的检测(ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,9,6462-6471)，鲜有文献报道将其应用丙酮的检测。

为实现对低浓度丙酮的高灵敏、快速检测，我们先将ZIF-8在管式炉中退火得到氧化锌，再将氧化锌与钼源、硫源水热制备出氧化锌/硫化钼复合物，最后利用滴涂法制备氧化锌/硫化钼器件，并对比了纯氧化锌、纯硫化钼、氧化锌/硫化钼复合物对丙酮的敏感性能。该氧化锌/硫化钼制备方法简单，对低浓度丙酮的响应恢复时间短、稳定性高，该工作对开发低浓度丙酮传感器具有重要的指导意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种可快速检测低浓度丙酮的传感器膜的制备方法。先制备ZIF-8衍生的多孔氧化锌/硫化钼纳米片复合结构，再通过滴涂法制备成膜。该制备方法具有成本低廉、操作简单、方便快捷等特点。

下面以六水硝酸锌为例简要说明本发明的实现过程。首先制备氧化锌/硫化钼纳米复合结构粉末，将适量的粉末和去离子水混合均匀后滴涂在铂叉指电极上，等膜干燥后将其置于烘箱中，在60℃下干燥处理2小时后取出，得到测试基片。该氧化锌/硫化钼器件可通过以下具体步骤实现：

(1)将一定量的六水硝酸锌溶于甲醇，搅拌15分钟；

(2)将一定量的二甲基咪唑溶于甲醇，搅拌15分钟，然后将步骤(1)的溶液逐滴加入至二甲基咪唑的甲醇溶液中，室温下搅拌10小时；