[发明专利]一种以介孔钛铬氮为载体材料负载Pt纳米粒子的H2

说明书

本发明公开了以介孔钛铬氮为载体材料负载Pt纳米粒子的H₂S气体传感器，由膜电极组件、工作电极电极片、对电极电极片、带有吸水棉的水容器组成；且所述膜电极组件中含有Pt/Ti_0.5Cr_0.5N粉末，本发明还提供了该H₂S气体传感器的制备方法，主要包括介孔Ti_0.5Cr_0.5N的制备、Pt纳米粒子负载的介孔Ti_0.5Cr_0.5N催化剂的制备以及H₂S气体传感器的制备，本发明制备获得的H₂S气体传感器响应度高，灵敏性好、抗干扰能力强且便携性能好，具有较高的商用价值与推广价值。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种介孔钛铬氮(Ti_0.5Cr_0.5N)为载体材料负载Pt纳米粒子的H₂S气体传感器及其制备方法。

背景技术

硫化氢(H₂S)是一种高度危险的神经毒性气体，具有无色、易燃、腐蚀性和臭鸡蛋的气味，通常来源于原油、温泉、腐烂食品和工业废气。研究表明，人体接触5ppm的H₂S 会影响眼睛和呼吸系统的健康，而100ppm会对中枢神经系统造成不可逆的损害，超过1000 ppm会在几分钟内造成死亡。根据美国有毒空气污染物科学咨询委员会的建议，人类可接受的硫化氢环境水平不应超过20-100ppb的范围。此外，内源性H₂S也是生理过程和疾病状态中重要的气体转运蛋白之一。在工业生产活动中，硫化氢也是最常见的废气之一，在密闭环境(如矿井)中还存在爆炸的风险。因此，开发一种灵敏度高，选择性好，稳定性好的便携式H₂S气体传感器具有巨大的应用前景。

然而，受便携性和成本的限制，如何准确、快速地实时检测H₂S仍然是业界面临的一个挑战。PEM燃料电池型气体传感器是一种利用气体燃料在电极表面催化氧化(还原)产生电流，通过检测外电路中的电流来检测目标气体及确定其浓度的气体传感器。其在室温下工作，且无需外加电压，具有功耗低、成本低、体积小、线性响应好、响应速度快等优点。电极传感层是决定这类传感器性能的关键，所以开发一种性能优异的电极材料是关键问题。

由于强大的金属-载体相互作用和优异的电化学活性和稳定性，以介孔结构的三元过渡金属氮化物为载体，并负载贵金属粒子的催化剂可作为理想的电极材料。此外，载体材料还可作为助催化剂提升传感器的气敏性能，其中以铂纳米粒子均匀负载于介孔Ti_0.5Cr_0.5N 载体(Pt/Ti_0.5Cr_0.5N)的催化剂用作电极材料的气体传感器具备高效的H₂S气感性能。因此，对于如何以介孔结构的三元过渡金属氮化物为载体、助催化剂最终制备H₂S气体传感器，从而提升其灵敏度、选择性、稳定性的性能至关重要。

发明内容

本发明所要解决的其中一个技术问题是：提供一种以介孔钛铬氮(Ti_0.5Cr_0.5N)为载体材料负载Pt纳米粒子的H₂S气体传感器，以解决目前常规H₂S气体传感器灵敏度低，选择性差，稳定性一半且便携性能差的问题。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：提供以介孔Ti_0.5Cr_0.5N为载体材料负载Pt纳米粒子的H₂S气体传感器，器件是由膜电极组件、工作电极电极片、对电极电极片、带有吸水棉的水容器组成；且所述膜电极组件中含有Pt/Ti_0.5Cr_0.5N粉末。