钯修饰氧化锌纳米片、制备方法及其在气敏传感器中应用技术

本发明专利技术公开一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，属于气敏传感器技术领域，通过在氧化锌表面修饰钯颗粒，得到钯修饰氧化锌纳米片；还公开了将该钯修饰氧化锌纳米片涂抹在气敏传感器件上，形成均匀的Pd‑ZnO薄膜用于气体检测。本发明专利技术提供的乙烯气体传感器，能极大地减少对乙烯气体的检测成本，缩短了检测周期，促进了乙烯气体传感器大规模应用于水果成熟度检测的可能。同时，本发明专利技术中的传感器件体积很小，极易进一步组装成容易便携的乙烯检测设备，对现场即时检测有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
钯修饰氧化锌纳米片、制备方法及其在气敏传感器中应用
本专利技术涉及一种钯修饰氧化锌纳米片、制备方法及其在气敏传感器中应用，属于气敏传感器

技术介绍
气敏传感器是传感器家族中一个非常重要的类别，随着气体敏感技术的不断成熟，气敏传感器在化工、医疗、环保、刑侦、冶金以及食品等各行业中有广泛的应用，并为我们的日常生活带来了便利。在化工领域中，气敏传感器主要用于生产过程的监控，通过检测化学过程中产生的气体，监控反应进行程度。在检测酒后驾驶方面，近年来乙醇气敏传感器也有着非常重要的应用。随着对交通安全的重视，气敏传感器在现场检测驾驶员是否酒驾方面得到了很好的应用，保障了道路安全。在环保及危险气体监测方面，气敏传感器也起到重要作用，如监控有毒有害以及易燃易爆气体是否出现泄漏，便于提前对危险气体的外泄发出警报，及时排除安全隐患。在日常生活中，气敏传感器也大量被用于监控室内空气质量，如对一些装修残留的刺激性气体进行检测。因此，气敏传感技术已经深入我们生活工作中，在各行各业发挥着举足轻重的作用。众所周知，绝大多数水果在成熟阶段，会释放大量乙烯来进行自催熟，随着成熟度的增加，所释放的乙烯量也会不断变大，导致在物流或贮藏过程中，部分水果出现过度成熟甚至腐烂现象，造成经济损失。因此，应用气敏传感器对水果成熟过程释放的乙烯气体进行浓度监控，能有效检测水果的成熟度，方便及时地对气体环境进行处理，从而达到减少经济损失的作用。目前检测乙烯的手段主要集中在使用仪器进行检测，如气相色谱仪、光声光谱仪、非色散性红外光谱仪等，但仪器方法主要停留在实验室检测乙烯阶段，在面临大规模实用时，往往会遇到成本过高，难以便携化，检测时间过长等阻碍因素。因此，设计研发成本较低，检测迅速，便于推广的乙烯气体传感器具有非常重要意义。半导体金属氧化物是一种良好的气体敏感材料，在气敏检测领域有着很广泛的应用，ZnO作为最常见的金属氧化物半导体材料，具有制备简单，成本较低、检测较快、灵敏度高、检测限低等优良特性，是用于乙烯监测的一种良好材料。一般认为氧化锌气敏机理是表面吸附模型，即空气中的氧被吸附在氧化锌表面，由于氧具有较高的电负性，导致电子被氧获得形成吸附氧离子，导致氧化锌导带的载流子浓度下降，电导率降低。在接触到还原性气体后，表面吸附氧与还原性气体反应，电子被释放回氧化锌导带，从而电导率增加，通过电导率的变化来判断空气中还原性气体的浓度大小。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种钯修饰氧化锌纳米片、制备方法及其在气敏传感器中应用。为了实现上述目的，本专利技术采用的一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，在氧化锌表面修饰钯颗粒，得到钯修饰氧化锌纳米片。作为改进，所述制备方法包括以下步骤：a)碱式碳酸锌前驱体的制备：称取一定量的醋酸锌、尿素和去离子水混合，通过一定温度和时间的处理，得到的沉淀通过离心、清洗、烘干即制得碱式碳酸锌前驱体；b)氧化锌纳米片的合成：将制得的碱式碳酸锌前驱体在马弗炉中煅烧，得氧化锌纳米片；c)钯修饰氧化锌纳米片的制备：将一定量氯钯酸溶液和氧化锌悬浊液充分混合，通过原位还原法，加入一定浓度的硼氢化钠，不断搅拌下还原氯化钯，制得钯修饰的氧化锌纳米片。作为改进，所述步骤c)中的氯钯酸溶液是通过将氯化钯粉体溶于乙醇中，再加入稀盐酸制得；所述氧化锌悬浊液是通过氧化锌粉体溶于乙醇中制得。作为改进，所述步骤c)中硼氢化钠的浓度为1mol/L。作为改进，所述制备方法具体包括以下步骤：a)碱式碳酸锌前驱体的制备：称取0.5-1.5g醋酸锌、2-4g尿素，溶解于30-50ml的去离子水中，密封后放入烘箱，在90-110℃下加热8-12h，然后通过离心、清洗、烘干即得碱式碳酸锌前驱体；b)氧化锌纳米片的合成：将制得的碱式碳酸锌前驱体在280-320℃马弗炉中退火1.5-2.5h，即得氧化锌纳米片；c)钯修饰氧化锌纳米片的制备c1)取3-5mg氯化钯粉体加入8-12ml乙醇中，边搅拌边滴加稀盐酸，直至氯化钯完全溶解，得氯钯酸溶液；c2)取25-35mg步骤b)制得氧化锌纳米片，加入25-35ml乙醇，再取8-12ml步骤c1)制得氯钯酸溶液加入其中，在磁力搅拌下，逐滴滴加0.8-1.2mol/L的硼氢化钠溶液，还原氯钯酸，直至溶液变成灰黑色，通过离心、清洗、烘干得到Pd修饰的氧化锌纳米片。作为改进，所述制备方法具体包括以下步骤：a)碱式碳酸锌前驱体的制备：称取1g醋酸锌、3g尿素，溶解于40ml的去离子水中，密封后放入烘箱，在100℃下加热10h，然后通过离心、清洗、烘干即得碱式碳酸锌前驱体；b)氧化锌纳米片的合成：将制得的碱式碳酸锌前驱体在300℃马弗炉中退火2h，即得氧化锌纳米片；c)钯修饰氧化锌纳米片的制备c1)取4mg氯化钯粉体加入10ml乙醇中，边搅拌边滴加稀盐酸，直至氯化钯完全溶解，得氯钯酸溶液；c2)取30mg步骤b)制得氧化锌纳米片，加入30ml乙醇，再取10ml步骤c1)制得氯钯酸溶液加入其中，在磁力搅拌下，逐滴滴加1mol/L的硼氢化钠溶液，还原氯钯酸，直至溶液变成灰黑色，通过离心、清洗、烘干得到Pd修饰的氧化锌纳米片。另外，本专利技术还提供了一种所述制备方法制得的钯修饰氧化锌纳米片。另外，本专利技术还提供了一种所述钯修饰氧化锌纳米片在气敏传感器中的应用，其是将制得的钯修饰多孔氧化锌纳米片均匀分散在醇溶剂中，然后滴涂到传感器件的陶瓷管上，自然风干形成Pd-ZnO薄膜后，即可用于气体检测。最后，本专利技术还提供了一种乙烯气体传感器，该传感器结构中包括硅衬底、电极层，还包括Pd-ZnO薄膜，所述Pd-ZnO薄膜为将所述钯修饰氧化锌纳米片分散在醇溶剂中后，再滴涂到硅衬底上，自然风干而形成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术提供的乙烯气体传感器，能极大地减少对乙烯气体的检测成本，缩短了检测周期，促进了乙烯气体传感器大规模应用于水果成熟度检测的可能。同时，本专利技术中的传感器件体积很小，极易进一步组装成容易便携的乙烯检测设备，对现场即时检测有重要意义。2)本专利技术的乙烯气体传感器，通过在氧化锌纳米片的表面修饰贵金属钯颗粒得到Pd-ZnO纳米片，其中Pd作为一种贵金属，拥有极高的催化性能，能提供大量的活性位点以供表面氧化还原反应的发生，从而增加材料的气敏响应灵敏度，因此本专利技术大大缩短了响应和恢复时间，由传统的几分钟提升至十几秒到二十秒，可以说在响应恢复速度上达到了一个质的飞跃，使半导体气体传感器更易于现场即时检测。附图说明图1为本专利技术中一种自制乙烯气体传感器的结构示意图；图2为本专利技术中Pd-ZnO纳米片的X射线衍射(XRD)图；图3为本专利技术的Pd-ZnO纳米片的扫描电子显微镜镜(SEM)照片；图4为本专利技术的Pd-ZnO纳米片的透射电子显微镜镜(TEM)照片；图5为本专利技术的Pd-ZnO纳米片对响应气体的响应曲线图；图中：1、硅衬底，2、电极层，3、Pd-ZnO薄膜。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同，本文中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，其特征在于，在氧化锌表面修饰钯颗粒，得到钯修饰氧化锌纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，其特征在于，在氧化锌表面修饰钯颗粒，得到钯修饰氧化锌纳米片。2.如权利要求1所述一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)碱式碳酸锌前驱体的制备：称取一定量的醋酸锌、尿素和去离子水混合，通过一定温度和时间的处理，得到的沉淀通过离心、清洗、烘干即制得碱式碳酸锌前驱体；b)氧化锌纳米片的合成：将制得的碱式碳酸锌前驱体在马弗炉中煅烧，得氧化锌纳米片；c)钯修饰氧化锌纳米片的制备：将一定量氯钯酸溶液和氧化锌悬浊液充分混合，通过原位还原法，加入一定浓度的硼氢化钠，不断搅拌下还原氯化钯，制得钯修饰的氧化锌纳米片。3.如权利要求2所述一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中的氯钯酸溶液是通过将氯化钯粉体溶于乙醇中，再加入稀盐酸制得；所述氧化锌悬浊液是通过氧化锌粉体溶于乙醇中制得。4.如权利要求2所述一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中硼氢化钠的浓度为1mol/L。5.如权利要求2所述的一种钯修饰氧化锌纳米片的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：a)碱式碳酸锌前驱体的制备：称取0.5-1.5g醋酸锌、2-4g尿素，溶解于30-50ml的去离子水中，密封后放入烘箱，在90-110℃下加热8-12h，然后通过离心、清洗、烘干即得碱式碳酸锌前驱体；b)氧化锌纳米片的合成：将制得的碱式碳酸锌前驱体在280-320℃马弗炉中退火1.5-2.5h，即得氧化锌纳米片；c)钯修饰氧化锌纳米片的制备c1)取3-5mg氯化钯粉体加入8-12ml乙醇中，边搅拌边滴加稀盐酸，直至氯化钯完全溶解，得氯钯酸溶液；c2)取25-35mg步...

【专利技术属性】
技术研发人员：李民强，汪黎芃，刘锦淮，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34