[发明专利]一种基于锡酸铜/二维碳化钛复合材料的有机腐蚀性气体传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于锡酸铜/二维碳化钛复合材料的有机腐蚀性气体传感器的制备方法，将CuCl₂·2H₂O和SnCl₄·5H₂O添加至Ti₃C₂溶液中，摩尔比为CuCl₂·2H₂O:SnCl₄·5H₂O:Ti₃C₂＝20:10:1～2:1:10；得到以Cu₂SnO₄修饰的Ti₃C₂，将其作为敏感材料采用滴涂法均匀涂覆于石英晶体微天平晶振的电极表面。所选用的Cu₂SnO₄具有良好的化学敏感性和热稳定性；Ti₃C₂是一种新兴的二维层状纳米材料，具有与石墨烯类似的大比表面积及良好导电性，其表面存在的丰富的官能团和缺陷位点可提升其对腐蚀性气体分子的吸附能力；二者复合能够有效提高气体传感器性能。

技术领域

本发明涉及一种有机腐蚀性气体传感器，具体涉及一种基于锡酸铜/二维碳化钛(Cu₂SnO₄/Ti₃C₂)复合材料的石英晶体微天平(QCM)气体传感器的制备方法，属于有机腐蚀性气体传感器和复合纳米材料技术领域。

背景技术

博物馆作为可移动文物收藏与展示的相对独立的空间，其环境条件的变化是引起馆藏文物劣化或损坏的主要原因。博物馆环境中污染物成分复杂，主要为藏展材料散发的甲酸、乙酸、甲醛、乙醛等，这些有机腐蚀性气体的浓度虽然较低，但其对文物长期暴露和保存有着明显影响。因此，加强博物馆保存环境监测、调控等工作，全面掌握博物馆保存环境对文物的腐蚀影响，进而有针对性的采取有效措施治理改善，是实现对珍贵文物预防性保护的重要途径。

气体传感器的运用是环境监测领域有效的技术手段之一，传感器的灵敏度与选择性是考核其性能好坏的关键指标，故气体传感器的研究重点在于气敏材料的选择。相较于单一材料，复合材料能够协同两种或多种材料的优点，有助于改善气体传感器的敏感性、选择性，弥补单一材料存在的不足。文献(Sensors and Actuators B:Chemical 306,127453,2020)报道了MgGa₂O₄/石墨烯复合材料对乙酸气体的敏感测性能，其以传感器的电阻变化为响应，实验结果表明，MgGa₂O₄/石墨烯复合材料对乙酸气体具有良好的气敏性。然而，该传感器难以实现博物馆环境中有机腐蚀性气体长期稳定的实时在线监测，对此，本发明以Cu₂SnO₄与类石墨烯结构的二维材料Ti₃C₂的复合材料作为敏感材料，合成了基于石英晶体微天平的有机腐蚀性气体传感器。

石英晶体微天平是一种质量型气体传感器，具有生产和检测成本低廉、结构微小简单、性质稳定、灵敏度高、可以在室温下进行实时监测等优点，在气体传感领域得到了广泛应用。另外，本发明所采用的三元金属氧化物Cu₂SnO₄相较于MgGa₂O₄，在合成中未涉及稀有元素，具有工艺成本低、操作简单等优势；同时，Ti₃C₂层与层之间大量可调控的空隙及其表面附着的—OH，—F或—O官能团使其对有机腐蚀性气体分子具有良好的吸附性。协同两者的优良性能，可使该复合材料在气体吸附与气体监测上具有广泛的应用前景。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于Cu₂SnO₄/Ti₃C₂的有机腐蚀性气体传感器的制备方法，该方法制备的气体传感器具有优异的气体敏感性，为博物馆环境中低浓度有机腐蚀性气体的实时在线监测提供了解决思路。