[发明专利]聚吡咯-还原氧化石墨烯纳米片检测氨的方法

说明书

本发明提供了一种蠕虫状介孔聚吡咯‑还原氧化石墨烯纳米片检测氨的方法。本方法以还原氧化石墨烯修饰的聚吡咯为传感器，该传感器的传感原理是利用蠕虫状介孔聚吡咯‑还原氧化石墨烯纳米片与氨之间的电子传递所引起的电阻变化与氨气浓度在一定范围内成比例关系。蠕虫状介孔聚吡咯‑还原氧化石墨烯纳米片良好的形貌、规整的介孔结构及大的比表面积，促进了氨气的吸附与脱附过程，大大提高室温下氨的检测灵敏度。本方法操作简单，条件温和，具有较高灵敏度和较好的选择性。

技术领域

本发明属于复合纳米材料的定量分析方法领域，具体涉及一种介孔聚吡咯-还原氧化石墨烯纳米片检测氨的方法。

背景技术

氨是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，由于其极易溶于水，因而会灼伤眼睛，呼吸器官的粘膜。氨的暴露极限浓度为25ppm，吸入过多还会引起肺肿胀，甚至死亡，因而氨的检测具有十分重要的意义。此前，已经有很多氨的传感器被报导，其中包括半导体金属氧化物，导电聚合物，各类碳纳米材料等，但是由于以上材料中的大部分需要高温加热，耗能较大，还有的稳定性不好，选择性较差，灵敏度较低。因此发展一种成本较低，且兼具高灵敏度和高选择性的氨传感器仍是一个重要的课题。

石墨烯作为一种新颖的二维材料，在近些年受到了广泛的关注。它具有稳定的物化性质和形貌特征，大的比表面积提供了诸多的活性位点，另外石墨烯的电阻对其载流子浓度的变化非常敏感，当待测物通过吸附到达石墨烯表面，电子的转移会使石墨烯的电阻发生明显的变化，除此之外石墨烯高的载流子迁移率也为低电信号噪声和低能耗提供了保证。但由于单纯的石墨烯本身在气体吸附方面显示出一定的惰性，因此需要修饰一定的其他活性材料与被测物相互作用。

本发明采用了一种集成聚吡咯与还原性氧化石墨烯的介孔纳米片作为传感材料，实现了对氨的高选择性，高灵敏度检测。该材料(蠕虫状介孔聚吡咯-还原氧化石墨烯纳米片)的合成已有文献报导(Jieqiong Qin，Zhong-Shuai Wu，Science China Materials2017,61(2),233-242)，但该文献仅将材料用于超级电容器。而本申请利用该材料中聚吡咯与氨之间能够发生有效的电子传递，成功的实现了对氨高灵敏传感。并且该材料的还原氧化石墨烯组分同时也提供了高效的电子通路。除此之外，有序的蠕虫状介孔大大增大了该复合材料的比表面积，为气体的吸附和脱附提供了良好的路径。该传感器用于氨的定量检测具有较高的灵敏度，好的选择性以及抗湿度干扰性，为氨的实时实地检测提供了一种新的方法。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有氨传感器灵敏度较低，选择性较差以及能耗较高的不足提供了一种检测氨的新方法。

聚吡咯-还原氧化石墨烯纳米片作为传感器检测氨的方法，其包括所使用传感器的制备，氨的传感测试，数据的采集与标准曲线的制作，未知样品测定，具体步骤如下：

(1)传感器的制备：将蠕虫状介孔聚吡咯-还原氧化石墨烯分散在溶剂中，超声使之分散均匀，取分散均匀的悬浊液涂在陶瓷管外壁上形成均一的圆柱状膜(a)；陶瓷管的长度为0.5-1cm，直径为0.1-0.3cm，陶瓷管两端距离边缘0.1-0.3cm的位置连接有金电极以及与电极相连的导线，干燥后得传感器；

(2)氨的传感测试：将制备好的传感器的二个导线连接至电阻测量仪器(如万用表)后，将传感器固定于密闭腔体中(b)；

氨浓度的测量操作：用微量注射器取体积量为V的不同质量分数的氨水，通过密闭腔体的顶部的小孔注入腔体的电加热块(c)内或上方，打开电加热块外接的加热电源(d)，加热使腔体内的氨水充分挥发，根据腔体的体积，氨水的浓度及加入量来确定最终腔体内氨气的浓度；关闭外接加热电源；随即开启秒表计时，记录规定响应时间T内陶瓷管长度方向的电阻变化值ΔR(与氨气反应后的电阻值与反应前电阻值的差值)，待反应结束打开腔体盖，使新鲜空气进入腔体，电阻开始恢复，记录规定恢复时间内的电阻恢复值；重复此测量过程，测量过程共进行5次以上；