双工作电极混合电位型氨气传感器及其制备方法技术

一种双工作电极混合电位型氨气传感器及其制备方法，该传感器包括：固体电解质基片和设置于其上的正极性工作电极、负极性工作电极，其中：正极性工作电极和负极性工作电极对称设置于固体电解质基片的两端；本发明专利技术传感器通过取代参比电极，采用正极性电极与负极性电极结合，能够增大传感器整体的输出信号大小，从而在氨气浓度低至ppb级别时，能够产生可识别信号，降低了混合电位型氨气传感器的检测下限，能够有效满足国六排放中氨气逃逸浓度小于10ppm的检测浓度要求。

【技术实现步骤摘要】
双工作电极混合电位型氨气传感器及其制备方法
本专利技术涉及的是一种气体传感器领域的技术，具体是一种双工作电极混合电位型氨气传感器及其制备方法。
技术介绍
选择性催化还原(SCR)技术是控制柴油车、船舶以及电站氮氧化物(NOx)排放的必备技术。在SCR后处理系统中，需要由尿素水解产生氨气(NH3)，氨气参与SCR反应以去除氮氧化物。中国第六阶段重型柴油车污染物排放限值(GB17691-2018)规定氮氧化物和氨气的排放限值分别为460mg/kWh和10ppm。因此，SCR系统需要配备氨气传感器，以形成对还原剂(尿素溶液或者氨气)喷射的闭环控制，提高SCR反应效率并减少氨气的泄漏。同时，在尾气后处理环境中，二氧化氮是对氨气检测干扰性较强的气体之一，应用于SCR后处理系统的氨气传感器还应具备对二氧化氮较高的抗干扰能力。氨气传感器有混合电位型、电阻型、电流型、光学、场效应晶体管等不同检测类型。其中，混合电位型具有高温稳定性好的特点，适用于SCR后处理系统的高温工作环境。但现有的由敏感电极、固体电解质、参比电极三部分组成的混合电位型氨气传感器，仍旧存在着检测下限高、灵敏度低、抗氮氧化物的干扰能力弱三个问题。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201410675433.7，公开日2015.02.18，公开了一种以Ni3V2O8为敏感电极的YSZ基混成电位型NH3传感器及制备方法，但该现有技术与本专利技术相比，传感器的整体灵敏度相对不高，检测下限高，信号响应能力低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种双工作电极混合电位型氨气传感器及其制备方法，输出信号为两电极间的电势差，通过取代参比电极，采用正极性电极与负极性电极结合，能够增大传感器整体的输出信号大小，从而在氨气浓度低至ppb级别时，能够产生可识别信号，降低了混合电位型氨气传感器的检测下限，能够有效满足国六排放中氨气逃逸浓度小于10ppm的检测浓度要求。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种双工作电极混合电位型氨气传感器，包括：固体电解质基片和设置于其上的正极性工作电极、负极性工作电极，其中：正极性工作电极和负极性工作电极对称设置于固体电解质基片的两端。所述的正极性工作电极包括：钴酸镧(LaCoO3)、二氧化钛(TiO2)或铁酸钴(CoFe2O4)。所述的负极性工作电极包括：氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、铁酸镍(NiFe2O4)或钒酸铈(CeVO4)。所述的固体电解质基片包括：氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、钠块离子导体(NASICON)、Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)。本专利技术涉及上述双工作电极混合电位型氨气传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤一：采用火焰喷雾热解法(FlameSprayPyrolysis，FSP)合成纳米敏感材料，并将乙基纤维素以固定质量比加热搅拌溶解于松油醇，制得粘结剂；步骤二：将YSZ粉末置于高温中熔化，熔化后在籽晶上生长，然后选取晶体晶向，切割成方形基片，并对方形基片与电极接触的上下表面精磨处理，制得固体电解质基片；步骤三：将两种敏感电极材料分别与粘结剂以固定质量比混合并研磨，制得两种敏感电极浆料；步骤四：将研磨均匀的两种浆料涂覆在固体电解质基片上，并避免浆料间的直接接触；步骤五：将涂覆好的固体电解质基片置于马弗炉中烧结；步骤六：烧结后，通过铂浆将铂线分别与两电极相连接；步骤七：在红外灯下将铂浆烘干后，置于马弗炉中烧结；步骤八：制备得到双工作电极混合电位型氨气传感器。技术效果本专利技术整体解决了现有技术灵敏度低、单一工作电极(敏感材料)抗干扰能力差、检测下限低的不足；与现有技术相比，本专利技术将不同的两种敏感材料同时作为工作电极，构成双工作电极结构，相比于采用单一工作电极的结构灵敏度得到了显著增强，能够将NO2对单一工作电极产生的干扰信号很大程度上在两个工作电极间相互抵消后再输出，削弱了对氨气检测的影响的同时提升了传感器的输出响应信号大小。因而在氨气浓度降至0.5ppm时，仍然能够检测到有效输出信号。附图说明图1为本专利技术正极性材料LaCoO3与负极性材料ZnO结合的双工作电极混合电位型氨气传感器的结构示意图；图2为本专利技术负极性材料ZnO的XRD图；图3为本专利技术正极性材料LaCoO3的XRD图图4为本专利技术ZnO/YSZ/LaCoO3传感器对氨气的动态响应曲线图；图5为本专利技术ZnO/YSZ/LaCoO3传感器对氨气的灵敏度图；图6为本专利技术ZnO/YSZ/Pt传感器对氨气的动态响应曲线图；图7为本专利技术ZnO/YSZ/Pt传感器对氨气的动态灵敏度图；图8为本专利技术LaCoO3/YSZ/Pt传感器对氨气的动态响应曲线图；图9为本专利技术LaCoO3/YSZ/Pt传感器对氨气的动态灵敏度图；图10为本专利技术ZnO/YSZ/LaCoO3传感器、ZnO/YSZ/Pt传感器、LaCoO3/YSZ/Pt传感器三者在不同工作温度时对氨气的灵敏度对比图；图11为本专利技术ZnO/YSZ/LaCoO3传感器在工作温度为450℃时，对0.5ppm氨气的响应曲线图；图12为本专利技术实施例中ZnO/YSZ/LaCoO3传感器、ZnO/YSZ/Pt传感器、LaCoO3/YSZ/Pt传感器在工作温度为475℃时抗NO2干扰能力对比图；图中：固体电解质基片1、正极性工作电极2、负极性工作电极3。具体实施方式如图1所示，为本实施例涉及的一种双工作电极混合电位型氨气传感器及其制备方法，其中包含：固体电解质基片1和设置于其上的正极性工作电极2、负极性工作电极3，其中：正极性工作电极2和负极性工作电极3对称设置于固体电解质基片1的两端；电极上方的两条线为输出信号用的铂(Pt)导线，电化学工作站或者数字万用表连接这两条导线就能测到信号。所述的正极性工作电极2包括：钴酸镧(LaCoO3)、二氧化钛(TiO2)或铁酸钴(CoFe2O4)。所述的负极性工作电极3包括：氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、铁酸镍(NiFe2O4)或钒酸铈(CeVO4)。所述的固体电解质基片1包括：氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、钠块离子导体(NASICON)、Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)。本实施例涉及上述双工作电极混合电位型氨气传感器的制备方法，以正极性材料钴酸镧LaCoO3和负极性材料氧化锌ZnO为双工作电极，氧化钇稳定的氧化锆(YittriaStabliedZirconia，YSZ)为固体电解质基片，包括以下步骤：步骤一：采用火焰喷雾热解法合成正极性材料LaCoO3和负极性材料ZnO，并将乙基纤维素以5:95的质量比加热搅拌溶解于松油醇，制得粘结剂；所述的火焰喷雾热解法具体为：将0.3mol/L的硝酸镧和0.3mol/L硝酸钴溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备双工作电极混合电位型氨气传感器的方法，其特征在于，该双工作电极混合电位型氨气传感器包括：固体电解质基片和设置于其上的正极性工作电极、负极性工作电极，其中：正极性工作电极和负极性工作电极对称设置于固体电解质基片的两端；/n所述的正极性工作电极包括：钴酸镧(LaCoO

【技术特征摘要】
1.一种制备双工作电极混合电位型氨气传感器的方法，其特征在于，该双工作电极混合电位型氨气传感器包括：固体电解质基片和设置于其上的正极性工作电极、负极性工作电极，其中：正极性工作电极和负极性工作电极对称设置于固体电解质基片的两端；
所述的正极性工作电极包括：钴酸镧(LaCoO3)、二氧化钛(TiO2)或铁酸钴(CoFe2O4)；
所述的负极性工作电极包括：氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、铁酸镍(NiFe2O4)或钒酸铈(CeVO4)；
所述的方法，包括以下步骤：
步骤一：采用火焰喷雾热解法合成纳米敏感材料，并将乙基纤维素以固定质量比加热搅拌溶解于松油醇，制得粘结剂；
步骤二：将YSZ粉末置于高温中熔化，熔化后在籽晶上生长，然后选取晶体晶向，切割成方形基片，并对方形基片与电极接触的上下表面精磨处理，制得固体电解质基片；
步骤三：将两种敏感电极材料分别与粘结剂混合并研磨，制得两种敏感电极浆料；
步骤四：将研磨均匀的两种浆料涂覆在固体电解质基片上，并避免浆料间的直接接触；
步骤五：将涂覆好的固体电解质基片置于马弗炉中烧结；
步骤六：烧结后，通过铂浆将铂线分别与两电极相连接；
步骤七：在红外灯下将铂浆烘干后，置于马弗炉中二次烧结；
步骤八：制备得到双工作电极混合电位型氨气传感器。


2.根据权利要求1所述的制备双工作电极混合电位型氨气传感器的方法，其特征是，所述的正极性工作电极为钴酸镧(LaCoO3)，负极性工作电极为氧化锌(ZnO)。


3.根据权利要求1或2所述的制备双工作电极混合电位型氨气传感器的方法，其特征是，所述的固体电解质基...

【专利技术属性】
技术研发人员：林赫，肖邦，张毅然，焦安琪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31