一种纳米薄膜氨气传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米薄膜氨气传感器的制备方法。取5-500mmol/L的苯胺单体，溶于0.1-1mol/L的硫酸溶液中，再加入0.1-10mmol/L的镍(II)酞菁四磺酸四钠盐，搅拌混合均匀得电解液一；采用循环伏安法在所述电解液一中将聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜沉积于叉指金电极；将沉积有聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的叉指金电极使用双蒸水冲洗2-3遍，氮气吹干即得纳米薄膜氨气传感器。本发明专利技术制备方法简单，响应时间短，选择性好，灵敏度高，且稳定性和重复性好，制得的传感器可在室温下工作。本发明专利技术方法可应用于环境监测、电子鼻及疾病诊断等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体传感器技术，具体涉及一种基于聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物纳米多孔薄膜的氨气传感器制备方法。
技术介绍
作为世界上产量最高的无机化合物之一，氨气广泛应用于化肥生产、临床诊断、食品加工等众多领域。然而，即便是较低浓度的氨气也会对人体呼吸系统、皮肤和眼睛产生较严重的刺激作用，引起一系列临床症状。另外，当氨气在空气中的体积分数达到15-18%时，遇明火即可发生爆炸。因此，如何快速而准确地检测出环境中氨气的含量，为空气环境的治理提供必要的科学依据具有非常重要的现实意义。然而，现有的氨气传感器普遍存在以下缺陷:敏感膜制作多采用滴涂、纺丝等方法，程序较为复杂，重复性、稳定性较差；响应和恢复时间较长；对氨气的选择性差，灵敏度不高；需在较高温度下工作，功耗大。根据已有文献，基于聚苯胺掺杂/脱掺杂机理的氨气传感器具有较高的灵敏度，且可在室温下工作，但依然存在选择性不好、稳定性差等不足。而金属酞菁类物质与氨气接触时，由于其大环共轭结构可对氨气产生捕获作用，且由于其中心金属离子的存在，可对不同气体产生选择性响应。经过优选，本专利技术制备了一种聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜氨气传感器，其中聚苯胺主链可作为灵敏的响应单元，而作为侧链的镍(II)酞菁四磺酸则是选择性的捕获单元。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以简化制备方法、缩短响应时间，提高选择性和灵敏度，提高稳定性和重复性，且可在室温下工作。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下: ，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，取5-500mmol/L的苯胺单体，溶于0.1-lmol/L的硫酸溶液中，再加入0.l-10mmol/L的镍(II)酞菁四磺酸四钠盐，搅拌混合均匀得电解液一； 步骤二，采用循环伏安法在所述电解液一中将聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜沉积于叉指金电极； 步骤三，将沉积有聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的叉指金电极使用双蒸水冲洗2-3遍，氮气吹干即得纳米薄膜氨气传感器。所述叉指金电极是以硅/ 二氧化硅为基底，叉指金电极的叉指宽度为2-10Mffl，叉指间距为2-10Mm。所述循环伏安法是以铂丝电极为对电极，银/氯化银电极或甘汞电极为参比电极，聚合温度为-4-10°C，扫描速率为5-lOOmV/s，扫描电压范围的下限为-0.2V、上限为0.8-1.2V，扫描圈数为1-5圈。本专利技术具有以下有益效果。I)本专利技术通过采用电化学聚合法直接将复合物沉积于叉指金电极表面，使得操作简单，成本低廉。2)本专利技术的复合物薄膜形貌、厚度可控，膜层均一稳定，所制备传感器稳定性、重复性好。3)本专利技术利用镍(II)酞菁四磺酸分子对氨气的捕获作用，响应快速、灵敏度高，选择性好，恢复时间短。4)本专利技术所制备传感器室温下即可工作，功耗低。【附图说明】图1A为本专利技术所制备的传感器的结构示意图。图1B为所述叉指金电极叉指部分的局部放大图。图2为本专利技术所制备的聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物分子的结构示意图。图3A为本专利技术聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的扫描电镜图像。图3B为所制备纳米多孔薄膜的局部放大图。图4A为本专利技术聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的原子力显微镜图像。图4B为本专利技术聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的拉曼光谱图。图5为本专利技术制备的氨气传感器的氨气响应瞬态曲线。图中:1.叉指金电极；2.聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合薄膜；3.硅/二氧化娃基底；4.叉指金电极左接线点；5.叉指金电极右接线点。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】，对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。一种纳米复合薄膜氨气传感器的制备方法，其步骤如下: I)在7.954mL双蒸水中依次加入ImL硫酸(5mol/L)和减压蒸馏后所得苯胺45.65μ?,超声5min使苯胺充分溶解；再加入ImL镍(II)酞菁四磺酸四钠盐(20mmol/L)，混匀，充氮除氧，降温至O °C备用。2)将叉指金电极的左、右两个连接点均连接至电化学工作站的工作电极，以铂丝电极为对电极，以银/氯化银电极为参比电极，扫描一圈。优选地，扫描速率为20mV/s，扫描电压范围为-0.2-0.9V，使用冰水混合物控制电解液温度为0°C。3)扫描完成后，将叉指金电极使用双蒸水清洗2-3次，氮气吹干。图1A为本专利技术的聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸薄膜传感器的结构示意图，包括叉指金电极1、聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物气敏薄膜2和硅/ 二氧化硅基底3，其中4和5表示叉指金电极左、右两个接线点。优选地，叉指电极指宽5Mm，指间距3Mm，图1B显示了叉指金电极的局部放大结构。由于叉指间距较小以及镍(II)酞菁四磺酸对于苯胺聚合较强的催化作用，使得该气敏薄膜可以跨过指间区域并保持较小的厚度。图2为所制备聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物的结构示意图，其主链为质子化的聚苯胺长链，侧链为镍(II)酞菁四磺酸。当其与氨气接触时，镍(II)酞菁四磺酸可选择性捕获氨分子，进而将其转移至临近的聚苯胺链，使其去质子化，导致复合物电阻发生明显上升。同时，不同的聚苯胺链也可由镍(II)酞菁四磺酸连接，从而在聚合时表现出较好的成膜性能。图3A为本专利技术所制备聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的扫描电镜图像。为了便于观察，使用锋利刀片在金电极表面划出划痕。图中I为叉指金电极，2为聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合薄膜，3为硅/ 二氧化硅基底。从图中可见，一层均匀的聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合膜2沉积于叉指金电极I之间的二氧化硅基底3上，且所制备薄膜呈现多孔状结构，见图3B。该多孔纳米结构可有效增加氨气的接触面积，提高检测灵敏度。图4A为所制备纳米薄膜的原子力显微镜图像，图4B为所制备复合物的拉曼光谱图。从原子力显微镜图像可知，该薄膜仅100±10nm，而拉曼光谱则证明了聚苯胺与镍(II)酞菁四磺酸的成功复合。图5为所制备的氨气传感器在室温下的氨气响应瞬态曲线。从图中可知，所制备氨气传感器具有良好的检测灵敏度，出色的响应-恢复特性，响应时间仅为10±2s，恢复时间仅需46±6s。【主权项】1.，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，取5-500mmol/L的苯胺单体，溶于0.1-lmol/L的硫酸溶液中，再加入0.l-10mmol/L的镍(II)酞菁四磺酸四钠盐，搅拌混合均匀得电解液一； 步骤二，采用循环伏安法在所述电解液一中将聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜沉积于叉指金电极； 步骤三，将沉积有聚苯胺-镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的叉指金电极使用双蒸水冲洗2-3遍，氮气吹干即得纳米薄膜氨气传感器。2.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述叉指金电极是以硅/ 二氧化硅为基底，叉指金电极的叉指宽度为2-10Mffl，叉指间距为2-10Mffl。3.根据权利要求1所述的，其特征在于:所述循环伏安法是以铂丝电极为对电极，银/氯化银电极或甘汞电极为参比电极，聚合温度为-4-10°C，扫描速率为5-100mV/s，扫描电压范围的下限为-0.2V、上限为0.8-1.2V，扫描圈数为1-5圈。【专利摘要】本专利技术公开了。取5-500mmol/L的苯胺单体，溶于0.1-1mol/L的硫酸溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米薄膜氨气传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，取5‑500mmol/L的苯胺单体，溶于0.1‑1mol/L的硫酸溶液中，再加入0.1‑10mmol/L的镍(II)酞菁四磺酸四钠盐，搅拌混合均匀得电解液一；步骤二，采用循环伏安法在所述电解液一中将聚苯胺‑镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜沉积于叉指金电极；步骤三，将沉积有聚苯胺‑镍(II)酞菁四磺酸复合物薄膜的叉指金电极使用双蒸水冲洗2‑3遍，氮气吹干即得纳米薄膜氨气传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹小波，李志华，黄晓玮，石吉勇，周煦成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32