[发明专利]一种用于二氧化氮检测的3D柔性二硫化锡/石墨烯气体传感器的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于二氧化氮检测的3D柔性二硫化锡/石墨烯(SnS₂/RGO)气体传感器的制备方法。本发明在3D结构的石墨烯表面修饰SnS₂，并将SnS₂/RGO异质结构修饰在柔性LCP基材表面，制成可于常温环境检测二氧化氮的柔性气体传感器。本发明制备的传感器具有高灵敏度、高选择性、低检出限的优秀性能，灵敏度为6.1ppm^‑1，检出限为8.7ppb，可应用于可穿戴设备领域。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种3D柔性二硫化锡/石墨烯(SnS₂/RGO)气体传感器及其制备方法。

背景技术

随着工业和农业的迅速发展，有毒气体和易燃气体的排放严重危害环境健康，例如氮氧化物、硫氧化物和碳氧化物。其中，二氧化氮(NO₂)可导致呼吸系统和心血管疾病，还可引起酸雨和光化学烟雾，被认为是典型的空气污染物，国际标准中规定NO₂的年安全浓度阈值为53ppb。

NO₂也被广泛应用于农业、医学、军事和采矿领域。例如合成制造炸药和肥料以及作为诊断肺部疾病和胃肠道疾病的生物标记物等，因此，一种具有高灵敏度、高特异性、低检出限的NO₂气体传感器是目前环境监测和医疗诊断行业迫切需要的，有助于实现NO₂的高可靠实时监控。

石墨烯的独特二维共轭结构具有超高载流子迁移率，可有效增加复合材料的载流子传输速度和传导效率，从而大幅提高响应倍率，缩短响应回复时间，并降低传感器的工作温度，是制备气体检测传感器的高性能材料。

传统的金属氧化物制成的气敏传感器需求高温检测和氧气环境，基于石墨烯复合材料制备的气敏传感器则可实现室温下检测，可显著降低能耗，且适用于日常生活检测需求。石墨烯可以自组装成3D多孔结构复合材料，可用于超级电容器、吸附材料、传感器等。与2D结构相比，3D结构的石墨烯可提供更多的比表面积和反应位点，从而大幅提升检测灵敏度。

对于NO₂气敏检测而言，基于石墨烯的气敏传感器选择性较差，限制了其实用性。二硫化锡(SnS₂)可单独作为NO₂气敏材料使用，它对NO₂分子具有极强的特异性吸附能力，检出限可低至1ppm以下，然而无法实现在室温下检测NO₂，限制了基于SnS₂的气敏传感器在一般环境下的应用。因此在石墨烯上修饰对NO₂敏感的SnS₂，可结合两者的性能优势，制备具有高灵敏度、高选择性、高可靠且可在常温下使用的NO₂气敏传感器。

发明内容

本发明的目的是要解决需要高灵敏度、高选择性、高可靠且可在常温下使用的NO₂气敏传感器的问题，而提供一种用于NO₂检测的3D柔性二硫化锡/石墨烯(SnS₂/RGO)气体传感器的制备方法。

本发明制备的气体传感器包括柔性基底和电极层，所述柔性基底表面修饰所述电极层，其中所述电极层包括3D SnS₂/RGO异质结构层。

本发明使用LCP作为柔性基底材料。

本发明的另一目的是提供一种用于二氧化氮检测的3D柔性二硫化锡/石墨烯气体传感器的制备方法。

具体包括以下步骤：

S1、3D SnS₂/RGO的制备：在持续搅拌条件下，将硫代乙酰胺和五水合氯化锡加入氧化石墨烯溶液中，所得混合物超声溶解后转移到反应釜中进行水热反应，将所得产物离心处理并洗涤，获得固态SnS₂/RGO产物；