[发明专利]一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法

说明书

本发明公开的一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法，将二碳化三钛材料与金属有机框架衍生的四氧化三钴材料相结合应用于气体传感器，通过在叉指电极上涂覆金属有机框架衍生的四氧化三钴‑二碳化三钛复合材料涂膜，极大地增强了传统四氧化三钴对乙醇的气敏响应，提高了对于乙醇的选择性，具有高的灵敏度，对于50ppm的乙醇灵敏度最高可达185，相对传统的氧化钴气体传感器灵敏度提升了15倍，即使在气体浓度为1ppm时也可检测，而且响应速度很快，并且具备很好的重复稳定性。

技术领域

本发明涉及气体传感器制备的领域，具体为一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法。

背景技术

乙醇为挥发性气体，易燃，其蒸汽能与空气形成爆炸性混合物，存在安全隐患。同时乙醇气体会损害人体多个器官，影响人体胃肠道功能、肝脏功能甚至造成中枢神经系统损伤和造血功能障碍，当浓度达到一定时会引起人体强烈不适，因此对乙醇气体传感器的研究具有重要意义。

金属有机框架衍生的四氧化三钴气敏材料，相比传统的金属氧化物具有多孔结构，能够吸附更多的气体分子，同时价格低廉，在气敏方面受到了研究人员的广泛关注。但目前乙醇气体传感器中所用的四氧化三钴气敏材料对乙醇的选择性较低，灵敏度和稳定性较差，无法满足当前气体传感器的使用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合气敏材料及制备方法、乙醇气体传感器及制备方法，采用金属有机框架衍生的四氧化三钴-二碳化三钛复合材料的气体传感器，其对乙醇有很高的灵敏度、选择性以及稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将金属盐水合物和金属有机物框架前驱体溶解于有机溶剂中，得到混合溶液A；

S2、在混合溶液中加入二碳化三钛得到混合溶液B，并将混合溶液B进行静置沉淀，所述二碳化三钛与金属有机物框架前驱体的质量比为1：(1～100)；

S3、将步骤2得到的沉淀物离心清洗后烘干，将烘干后的产物在空气环境下煅烧一定时间，得到金属有机框架衍生物-二碳化三钛复合气敏材料。

优选的，步骤S1所述金属盐水合物与有机溶剂的质量比为1：(50～150)。

优选的，步骤S1中所述有机物框架前驱体与有机溶剂的质量比例为1：(100～200)。

优选的，所述S3中将沉淀物在60℃下烘干24小时；烘干后的产物在空气环境150°-350°下煅烧。

优选的，所述金属有机物框架前驱体为2-甲基咪唑、均苯三甲酸或苯二甲酸根。

优选的，金属盐水合物为六水合硝酸钴、六水合硝酸锌、Cu(NO₃)₂·2.5H₂O或六水合氯化铁。

一种复合气敏材料，包括金属有机框架衍生物和二碳化三钛，塌缩的金属有机框架衍生物生长在片状的二碳化三钛上，金属有机框架衍生物与二碳化三钛的摩尔比为(1～100):1。

一种乙醇气体传感器，该气体传感器的气敏材料为金属有机框架衍生物-二碳化三钛的复合气敏材料。

一种乙醇气体传感器的制备方法，包括以下过程：

将金属有机框架衍生物-二碳化三钛复合气敏材料与乙醇按照1：(1～5)的质量比研磨混合，得到金属有机框架衍生物-二碳化三钛复合气敏涂料，将复合气敏涂料涂覆在气体传感器的测量元件上，干燥后形成复合气敏材料涂膜。

优选的，所述测量元件为叉指电极、陶瓷管或声表面波器件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：