[发明专利]基于YSZ和NiTiO3敏感电极的混成电位型乙醛传感器及其制备方法

说明书

一种基于YSZ和NiTiO₃敏感电极的混成电位型乙醛传感器及其制备方法，属于气体传感器技术领域。从下至上依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、Pt参考电极和NiTiO₃敏感电极组成；Pt参考电极和NiTiO₃敏感电极彼此分立且对称地制备在YSZ基板上表面的两端，YSZ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(YSZ)作为离子导电层，利用具有高电化学催化活性的NiTiO₃复合氧化物材料为敏感电极，通过不同煅烧温度(800℃～1200℃)来改变敏感电极层的微观形貌，达到提高乙醛敏感特性的目的。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于YSZ和NiTiO₃敏感电极的混成电位型乙醛传感器及其制备方法，其主要用于挥发性醛类的快速检测。

背景技术

乙醛是挥发性有机化合物中最重要的醛类物质之一，无色且具有刺鼻的气味，在室内(建筑材料、木材清漆等)和室外(汽车和其他车辆的尾气)的燃烧和排放过程中都会产生乙醛。另外，乙醛被国际癌症研究机构(IARC)列为一级致癌物质，不仅在环境污染中起着重要作用，而且威胁着人类的健康。根据职业安全与健康管理局(OSHA)的规定，乙醛的最大允许暴露浓度为25ppm，工作时间为8h。长期暴露于乙醛中会产生多种有害健康的影响，如眼睛刺激、头痛、DNA损伤、红细胞结构改变等问题。因此，开发具有高灵敏度、高选择性和高稳定性的实时、快速、便携和低成本的乙醛气体传感器具有至关重要的意义。

迄今为止，在不同的应用中许多研究团队使用各种方法检测乙醛气体，如液相色谱法、安培电化学电池、分子印迹技术、半导体金属氧化物传感器。其中，固体电解质型气体传感器具有成本低、响应速度快、结构简单、化学和机械稳定性好等优点，被认为是最有潜力的检测技术。目前，基于稳定氧化锆(YSZ)和金属氧化物敏感电极的混成型固态电化学气体传感器已经被开发用于检测VOCs等有毒气体。然而，用于实现快速检测乙醛的基于混成电位型的YSZ基气体传感器尚未见报道，因此，开发和寻找一种适用于检测乙醛的敏感电极材料非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于YSZ和NiTiO₃敏感电极的混成电位型乙醛传感器及其制备方法，以实现快速检测乙醛的需要，并有效提高传感器灵敏度、降低检测下限等性能，促进这种传感器在挥发性醛类检测领域的实用化应用。本发明所得到的传感器除了具有快速响应速度和高灵敏度外，还具有较低的检测下限、很好的选择性和稳定性。

本发明所涉及的超快响应的乙醛传感器是基于稳定氧化锆(YSZ)固体电解质和NiTiO₃复合氧化物敏感电极所构建的新型混成电位型乙醛气体传感器，YSZ(氧化钇稳定氧化锆(8％mol Y₂O₃-ZrO₂))作为离子导电层。

本发明所述的基于YSZ和NiTiO₃敏感电极的混成电位型乙醛传感器，如图1所示，从下至上依次由带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板、YSZ基板、Pt参考电极和敏感电极组成；参考电极和敏感电极彼此分立且对称地制备在YSZ基板上表面的两端，YSZ基板下表面与带有Pt加热电极的Al₂O₃陶瓷板粘结在一起；敏感电极材料为NiTiO₃，该材料由如下方法制备得到，