一种聚合物修饰石墨烯复合材料及其传感器与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种聚合物修饰石墨烯复合材料及其传感器与应用，包括二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点以及聚合物。具体的，在二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点复合材料表面修饰聚合物，得到所述聚合物修饰石墨烯复合材料，本发明专利技术解决了现有二硫化钼传感器需要加热才可检测二氧化氮的问题，在室温下可以检测二氧化氮，测试结果表明，本发明专利技术聚合物修饰石墨烯复合材料制备的气体传感器的响应值高，较未修饰传感器提高30%以上，而且具有优异的重复性和选择性。选择性。选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物修饰石墨烯复合材料及其传感器与应用


[0001]本专利技术属于气体传感器技术，具体涉及一种聚合物修饰石墨烯复合材料及其传感器与应用。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，气体传感器在日常生活中的需求日益增大，而在其中NO2气体的检测是气体环境污染的关键一项。目前被用作传感器的材料一般是纳米复合材料，其中石墨烯和MoS2材料因其强吸附能力、大比表面积等优异的特性，使其在气体传感器领域的应用不断被开拓，基于纯石墨烯和MoS2气敏传感研究，发现石墨烯的恢复时间较长，MoS2需要高温，不能在室温下响应，将石墨烯和二硫化钼（MoS2）两种材料复合，虽然有改善，但是响应性等依然偏低。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种聚合物修饰石墨烯复合材料，即在二硫化钼/石墨烯量子点/氧化石墨烯三元复合材料表面修饰聚吡咯。研究表明，本专利技术的复合材料具有更多活性位点，良好的热稳定性与化学稳定性，利于气体的吸附。对复合材料进行相应的形貌、晶相和组分的表征，研究结果表明，聚吡咯修饰处理的MoS2/rGO/GQDs复合材料在响应灵敏度和检测极限方面相比MoS2/rGO/GQDs复合材料、MoS2/rGO和MoS2/GQDs材料提升明显，而且具有优异的重复性和选择性。
[0004]本专利技术公开了一种聚合物修饰石墨烯复合材料，包括二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点以及聚合物。优选的，本专利技术以二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点组成石墨烯复合材料，然后修饰聚合物，得到聚合物修饰石墨烯复合材料，具有更多活性位点，利于气体的吸附，更多的化学吸附氧参与反应，使得电子更快的被NO2气体抽取，使得聚吡咯修饰的MoS2/rGO/GQDs 复合材料在导电性提高的同时又可与气体分子充分接触反应，复合材料丰富的孔道为分子的吸附提供更多的反应位点，是提高材料气敏响应性能的有效手段。
[0005]本专利技术公开了上述聚合物修饰石墨烯复合材料在制备气体传感器中的应用，尤其在制备二氧化氮传感器中的应用。
[0006]本专利技术公开了一种气体传感器，包括基底与气敏材料，所述气敏材料为上述聚合物修饰石墨烯复合材料。其中的基底为现有产品，比如叉指电极，本专利技术的创造性在于在现有基底上复合新的气敏材料，获得新的传感器，具有优异的二氧化氮检测性能。
[0007]本专利技术公开了上述气体传感器的制备方法，将二硫化钼、氧化石墨烯、石墨烯量子点、水的混合物加热反应，得到石墨烯复合材料；再将石墨烯复合材料滴涂在基底表面，干燥后在石墨烯复合材料表面修饰聚合物，得到气体传感器。
[0008]本专利技术中，石墨烯为还原氧化石墨烯（rGO）；采用水热法制备得到石墨烯量子点（GQDs），采用水热法以钼酸钠和硫脲为钼源和硫源制备出花状的MoS2，采用现有改进的Hummers法制备得到GO，以MoS2、GO和GQDs为原料，采用水热法制备得到MoS2/rGO/GQDs复合
材料，再采用吡咯原位气相氧化还原修饰法制备得到聚吡咯修饰的MoS2/rGO/GQDs 复合材料，为本专利技术的产品。进一步制备为传感器，探究了室温下传感器对NO2气体的响应特性。
[0009]本专利技术中，以苯并芘为原料，经过硝基化、冷冻、碱蚀、热反应，得到石墨烯量子点。
[0010]本专利技术中，以二水钼酸钠和硫脲为原料，经过水热反应，得到二硫化钼。优选的，水热反应的温度为160～220℃，时间为15～25小时。
[0011]本专利技术中，将二硫化钼、氧化石墨烯、石墨烯量子点、水的混合物加热反应，得到石墨烯复合材料；然后在石墨烯复合材料表面修饰聚合物，得到聚合物修饰石墨烯复合材料。具体的，加热反应后进行离心处理，取下层浓稠液体进行干燥，得到石墨烯复合材料。优选的，加热反应的温度为180～220℃，时间为10～15小时。优选的，二硫化钼、石墨烯量子点、氧化石墨烯的质量比（3～25）∶（0.8～1.2）∶1，优选为（5～15）∶1∶1。
[0012]本专利技术中，聚合物为聚吡咯；以吡咯为原料，在石墨烯复合材料表面进行气相聚合，得到聚合物修饰石墨烯复合材料。优选的，气相聚合以铁盐为氧化剂；气相聚合前，石墨烯复合材料进行表面处理，包括等离子处理、过硫酸铵水溶液浸泡、氢氧化钾水溶液浸泡。
[0013]本专利技术采用水热法制备得到GQDs的分散液，再采用简便的水热法制备得到和MoS2/rGO/GQDs复合材料，通过滴涂MoS2/rGO/GQDs复合材料分散液的方式转移到叉指电极上，制备得到复合材料传感器，再以吡咯为原料，在MoS2/rGO/GQDs复合材料表面进行气相聚合，得到聚合物修饰石墨烯复合材料。测试结果表明，NO2气体浓度为50 ppm 时，MoS2/rGO/GQDs复合材料气体传感器具有23.2 %的响应值，本专利技术聚合物修饰石墨烯复合材料作为气敏材料的传感器达到30.9%，相比MoS2/rGO、MoS2/GQDs和MoS2/rGO/GQDs都有明显提升，而且具有优异的重复性和选择性。
附图说明
[0014]图1 GQDs 的原子力表征图；图2为SEM 图：（a）MoS2/rGO/GQDs
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1；（b）MoS2/rGO/GQDs
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2；（c）MoS2/rGO/GQDs
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3；（d）MoS2/rGO/GQDs
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4；（e）MoS2/rGO/GQDs
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5；（f）水热法制备的MoS2；图3为叉指电极的SEM 图；图4为不同质量比的MoS2/rGO/GQDs复合材料气体传感器对5 ppm NO2的响应曲线；图5为聚吡咯修饰MoS2/rGO/GQDs
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3复合材料气体传感器对5 ppm NO2的重复性测试；图6为聚吡咯修饰MoS2/rGO/GQDs
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3复合材料气体传感器的选择性测试。
具体实施方式
[0015]采用扫描电子显微镜（SEM)、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱（FT
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IR）、拉曼光谱（Raman）、X 射线光电子能谱（XPS）分析其形貌、晶相和表面官能团，证明复合材料中各组分的成功制备及纯净程度。
[0016]实施例一 聚吡咯修饰石墨烯复合材料石墨烯量子点（GQDs）制备，实验步骤如下：称取1 g的苯并芘于烧瓶中，加入80 ml的HNO3溶液（质量浓度65%），将其置于80 ℃下反应12 h以完成硝基化反应，取出烧瓶自然却后使用去离子水对产物进行抽滤，直至滤液变为无色便得到产物1,3,6
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三硝基芘；将上
述产物1,3,6
‑
三硝基芘于
‑
52 ℃下冷冻干燥处理12 h，转变成泡沫状，然后称取1.5 g于300 ml浓度为2 mol/l的NaOH水溶液中，常规超声3 h然后磁力搅拌5 h，然后倒入反应釜，放置于烘箱中，200 ℃下反应8 h，冷却至室温后添加去离子水，利用0.22微米的微孔滤膜进行抽滤；将滤液进行透析处理两天，然后旋转蒸发处理，得到浓度1 m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物修饰石墨烯复合材料，其特征在于，包括二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点以及聚合物。2.根据权利要求1所述聚合物修饰石墨烯复合材料，其特征在于，二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点的质量比（3～25）∶（0.8～1.2）∶1；聚合物为聚吡咯。3.根据权利要求1所述聚合物修饰石墨烯复合材料，其特征在于，在二硫化钼、石墨烯、石墨烯量子点复合材料表面修饰聚合物，得到所述聚合物修饰石墨烯复合材料。4.一种气体传感器，包括基底与气敏材料，其特征在于，所述气敏材料为权利要求1所述聚合物修饰石墨烯复合材料。5.权利要求1所述聚合物修饰石墨烯复合材料或者权利要求4所述气体传感器在制备气体传感器中的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，气体为二氧化氮。7.权利要求1所述聚合物修饰石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，将二硫化钼...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳艳，吴哲昆，应舒杨，黄曼曼，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：