一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法。将铜材放入磁控溅射仪的真空室里，在FTO导电玻璃上制得铜纳米线阵列薄膜，接着配制含锌的先驱体溶液并加入表面活性剂，以铜纳米线阵列薄膜为工作电极，并将先驱体溶液转入三电极体系中，在工作电极上电化学沉积后煅烧处理，即得铜纳米线/多孔氧化锌薄膜传感材料。该方法通过形成具有有序纳米线阵列和多孔结构，有效减少了离子扩散路径，提高电子传输速度和离子扩散速率，制得的薄膜传感材料的活性表面积大，反应动力学过程快，大幅度提高传感器对大气中硫化氢气体的灵敏度和响应速度，并且恢复时间短，工作效率高，实用性好。

A thin film sensing material for detecting hydrogen sulfide in atmosphere and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法
本专利技术涉及传感材料领域，具体涉及薄膜传感材料的制备，特别是涉及一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法。
技术介绍
随着科技的进步、经济的发展、工业化的实现，人类的社会发生了翻天覆地的生活，正迈入一个科技无处不在的社会，但面临着环境破坏和能源枯竭的残酷现实。其中空气污染已成为在未来危及人类命运的最大威胁。近年来，空气污染问题已经逐渐变成全球热点关注的问题之一。对空气污染防治的前提是必须对污染空气进行准确监测，因此，气体传感器发挥着重要作用。在空气污染气体中，硫化氢气体普遍存在于自然界和工业领域，如天然气加工、石油炼制、石油化工和煤炭气化，是化学工业生产中较为常见的一种副产品。硫化氢气体毒性较强，具有强烈的臭鸡蛋气味，吸入一定量后，人会感到呼吸局促、焦虑、头痛、神经紊乱，甚至死亡。因此，对其快速识别、在线跟踪检测和监测就显得十分重要。近期，人们为了监测硫化氢气体，常使用具有电阻型敏感层的氧化锌薄膜，该薄膜的制备方法多通过滴涂或丝网印刷来将氧化锌的纳米浆料制作于气敏电极上。铜纳米线作为一维纳米材料，不仅保留其它纳米材料的共性，还具有较大的长径比和比表面积，良好的导电、催化和机械性能。因此，铜纳米线在电子电路、化学催化和柔性导电器件等领域有着广泛的应用前景。中国专利技术专利申请号201711087041.9公开了一种生物质负载无机颗粒的硫化氢气体传感材料的制备方法及其产品和应用，以水溶性的铁盐和钴盐为前驱体，加入含OH-的作为沉淀剂，离心收集尖晶石结构CoFe2O4无机纳米颗粒。将生物质变性淀粉溶于水中，与无机颗粒混合成膜，形成无机颗粒嵌入的有机薄膜。中国专利技术专利申请号201611102493.5公开了一种Co掺杂的TiO2纳米管阵列薄膜的H2S气敏传感器及其制备方法，属于电子气敏器件
该专利技术以阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列，并对其进行过渡金属掺杂，无需对其进行二次处理，即可获得完整透明的二氧化钛纳米管阵列薄膜，并利用该薄膜制备纳米气敏传感器，该传感器对硫化氢气体有良好的灵敏性及选择性。中国专利技术专利申请号201710798348.3公开了一种工作温度为室内环境温度的硫化氢气敏材料以及气敏元件的制备方法，属气体传感器领域。气敏材料采用溶液生长法将ZnO纳米阵列原位生长到基体后，对ZnO纳米阵列进行金纳米颗粒修饰，再将其置于H2S气氛中钝化形成ZnS惰性保护层，最终获得金纳米颗粒修饰的氧化锌/硫化锌核壳结构气敏元件。中国专利技术专利申请号201710976865.5公开了一种提升硫化氢敏感的SnO2气敏材料稳定性的方法，硫盐和SnCl4·5H2O水溶液，将SnO2气敏材料置于上述溶液中，搅拌加入适量络合剂；将上述溶液置于反应釜中，反应3~5小时；待温度降至室温，将样品离心、干燥；制得的粉末前躯体放入高能球磨机中球磨，然后放入马弗炉中焙烧，得到表面多孔的硫酸锡修饰的SnO2纳米粉末。根据上述，现有方案中用于污染气体，特别是硫化氢气体的薄膜传感材料存在比表面积小，灵敏度低，薄膜的厚度不均匀，个体间探测性能差异大，而提高对硫化氢的气敏性的方法是掺杂其它金属材料，但存在恢复时间过长，工作效率低下，实用性不佳等问题。鉴于此，本专利技术提出了一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法，可有效解决上述技术问题。
技术实现思路
针对目前应用较广的探测硫化氢气体等污染气体的薄膜传感材料，存在比表面积小、恢复时间过长，导致了工作效率低下，实用性不佳等问题，本专利技术提出一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法，从而有效提高了薄膜材料的活性表面积，并且对大气中硫化氢气体的灵敏度高，响应速度快。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将铜材放入磁控溅射仪的真空室里，将FTO导电玻璃置于样品台上，对真空室抽真空，再通入氩气，施加直流电进行沉积，并原位退火，在FTO导电玻璃上制得铜纳米线阵列薄膜；（2）配制含锌的先驱体溶液，并加入表面活性剂；（3）以步骤（1）制得的材料为工作电极，并将步骤（2）制得的溶液转入三电极体系中，在工作电极上进行电化学沉积；（4）将步骤（3）所得的产物在氮气气氛下进行煅烧后处理，制得铜纳米线/多孔氧化锌薄膜传感材料。纳米线为一种具有在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构。纳米线的导电性远远小于体材料。原因是当纳米线的横截面尺寸小于体材料的平均自由程的时候，载流子在边界上的散射效应将会突显出来，电阻率将会收到边界效应的严重影响。纳米线的表面原子并不像在体材料中的原子一样能够被充分的键合，这些没有被充分键合的表面原子常常成为纳米线中缺陷的来源，从而使得电子不能顺利地通过，使得纳米线的导电能力低于体材料。当传感材料具有有序纳米线阵列和多孔结构时，可有效减少离子扩散路径，提高电子传输速度和离子扩散速率，提供可用于电化学反应的大的活性表面积，加快反应动力学过程，提高对气体的响应能力。优选的，步骤（1）所述真空度为1~2×10-4Pa，氩气压强为2~4Pa。优选的，步骤（1）所述直流电的电流为60~70mA，电压为200~220V。优选的，步骤（1）所述沉积时间为5~6h，退火时间为20~30min。优选的，步骤（2）所述锌的先驱体溶液的质量浓度为20~30%。优选的，步骤（2）所述表面活性剂为木质素磺酸盐。优选的，步骤（2）所述溶液中，锌的先驱体溶液96~98重量份、表面活性剂2~4重量份。优选的，步骤（4）所述煅烧温度为600~700℃，时间为2~3h。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料。主要是将铜材放入磁控溅射仪的真空室里，在FTO导电玻璃上制得铜纳米线阵列薄膜，接着配制含锌的先驱体溶液并加入表面活性剂，以铜纳米线阵列薄膜为工作电极，并将先驱体溶液转入三电极体系中，在工作电极上进行电化学沉积，最后煅烧处理，制得铜纳米线/多孔氧化锌薄膜传感材料。本专利技术提供了一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了在FTO导电玻璃上制得铜纳米线阵列薄膜制备探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料的方法。2、通过在FTO导电玻璃上形成具有有序纳米线阵列和多孔结构，可有效减少离子扩散路径，提高电子传输速度和离子扩散速率。3、本专利技术制得的薄膜传感材料，可用于电化学反应的活性表面积大，反应动力学过程快，大幅度提高传感器对大气中硫化氢气体的灵敏度和响应速度，并且恢复时间短，工作效率高，实用性好。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）将铜材放入磁控溅射仪的真空室里，将FTO导电玻璃置于样品台上，对真空室抽真空，再通入氩气，施加直流电进行沉积，并原位退火，在FTO导电玻璃上制得铜纳米线阵列薄膜；/n（2）配制含锌的先驱体溶液，并加入表面活性剂；/n（3）以步骤（1）制得的材料为工作电极，并将步骤（2）制得的溶液转入三电极体系中，在工作电极上进行电化学沉积；/n（4）将步骤（3）所得的产物在氮气气氛下进行煅烧后处理，制得铜纳米线/多孔氧化锌薄膜传感材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铜材放入磁控溅射仪的真空室里，将FTO导电玻璃置于样品台上，对真空室抽真空，再通入氩气，施加直流电进行沉积，并原位退火，在FTO导电玻璃上制得铜纳米线阵列薄膜；
（2）配制含锌的先驱体溶液，并加入表面活性剂；
（3）以步骤（1）制得的材料为工作电极，并将步骤（2）制得的溶液转入三电极体系中，在工作电极上进行电化学沉积；
（4）将步骤（3）所得的产物在氮气气氛下进行煅烧后处理，制得铜纳米线/多孔氧化锌薄膜传感材料。


2.根据权利要求1所述一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述真空度为1~2×10-4Pa，氩气压强为2~4Pa。


3.根据权利要求1所述一种探测大气硫化氢气体的薄膜传感材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述直流电的电流为60~70mA，电压为200~220V。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51