本发明专利技术涉及一种基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器及其制备方法。所述基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器，其特征在于，包括：形成在衬底表面的叉指电极和敏感材料层；所述敏感材料层的材质为二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物。的材质为二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物。的材质为二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物。
【技术实现步骤摘要】
一种基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器及其制备方法，具体一种基于CTAB辅助合成的二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器及其制备方法，属于气体传感器领域。
技术介绍
[0002]随着工业的快速发展和机动车数量的急剧增加，人类向大自然中排放越来越多的NO2，NO2也成为空气污染的重要组成部分。根据世界卫生组织的数据，一小时和一年内，NO2的空气质量标准分别为82ppb和410ppb，超过这些水平，就会出现严重的健康问题。此外氮氧化物会溶于水形成硝酸，导致酸雨的形成；氮氧化物与氨、水分等成分作用可产生二次颗粒物污染，与挥发性有机物在高温、日照等条件下可生成臭氧等光化学二次污染物；氮氧化物是发生臭氧光化学反应的主要前体物，可以经过一系列的光化学反应生成硝酸盐气溶胶，导致酸沉降、城市能见度下降，出现雾霾现象等。
[0003]为了有效检测这类有毒有害气体，就有必要开发出能够检测该类物质的测试装置。而气体传感器由于能够实时在线检测此类有毒有害气体，被广泛应用于NO2的检测和监控。2019年LangHe等人在《Carbon》上报道了题为《Controllable synthesis of intercalatedγ
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Bi2MoO6/graphene nanosheet composites for high performance NO
2 gas sensor at room temperature》的NO2传感器。该NO2传感器通过将γ
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Bi2MoO6插层到石墨烯中，实现了传感器性能的巨大提升。在22℃的条件下，传感器具有非常优秀的可逆性和气体选择性，并且对100ppmNO2的响应达到了95％，响应和恢复时间分别为2.5s和34.1s，能够非常快速的对NO2进行响应和恢复，能够检测出超微量的NO2，具有非常好的应用前景。该传感器的缺点就是材料的制备方法较为复杂。但目前NO2传感器的普遍现状是工作温度高，能耗大，恢复时间长，不符合绿色环保的理念且不利于实际应用。因此我们要致力于解决该类问题，开发出性能更加优越的传感器。而二硫化钼石墨烯复合物传感器结合了二硫化钼和石墨烯的优点，有效克服了这一问题，实现了常温下对NO2气体的快速响应，降低了能耗，更贴合于实际的应用，但是其下在不同湿度下响应性能和循环性能较差。
技术实现思路
[0004]针对上述二氧化氮传感器使用能耗大、且需要在高温、低湿度等严苛环境下使用等问题，本专利技术旨在提供一种基于MoS2/rGO的复合材料的高性能、室温NO2传感器及其制备方法。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器，包括：形成在衬底表面的叉指电极和敏感材料层；所述敏感材料层的材质为二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物。
[0006]本专利技术中，以CTAB辅助合成的MoS2/rGO复合物为敏感材料。一方面rGO具有很高的
比表面积和气体吸附能力，因而将增加NO2的吸附量，从而提高灵敏度。另一方面，MoS2本身就与NO2有很好的亲和力，另外3D结构的MoS2提供了更多的气体吸附位点，从而也增加了对NO2的灵敏度。rGO也能与MoS2形成异质结，大大提升传感器的性能。同时，由于表面活性剂CTAB的存在，将降低MoS2的尺寸，增大比表面积，也就提供了更多的吸附位点，从而可以提升传感器性能。
[0007]较佳的，所述叉指电极的材质为贵金属，优选为Au；所述衬底为Al2O3陶瓷基板。
[0008]较佳的，所述二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物中MoS2与rGO的质量比为(1～4)：1。
[0009]较佳的，所述室温NO2传感器还包括连接在叉指电极上的Pt电极。
[0010]另一方面，本专利技术还提供了一种基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器的制备方法，包括：(1)将钼源和硫源加入到水中，再加入CTAB并混合(例如超声处理等)，得到澄清透明的混合溶液；优选地，所述钼源选自二水合钼酸钠、二水合钼酸胺、钼酸钾中的至少一种；所述硫源选自硫脲、硫代乙酸胺、硫代硫酸钠中的至少一种；(2)将澄清透明的混合溶液在180～210℃下反应20～28小时，再经离心洗涤和干燥，得到MoS2固体粉末；(3)将MoS2固体粉末分散在rGO溶液中，再经离心和干燥，得到所述MoS2‑
rGO固体粉末；(4)将MoS2‑
rGO固体粉末和水混合得到MoS2‑
rGO分散液后，转移在叉指电极表面，经干燥后，得到基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器。
[0011]较佳的，步骤(1)中，将2～4mmol钼源和10～20mmol硫源溶于70～140mL去离子水中，在100W～300W下超声处理30～60分钟后再加入CTAB继续超声处理30分钟，得到澄清透明的混合溶液；所述澄清透明的混合溶液中CTAB的浓度不超过6mg/mL，优选为1.5～6mg/mL，更优选为2～4mg/mL。
[0012]较佳的，步骤(2)中，依次在无水乙醇、去离子水中进行离心洗涤，以5000～8000r/分钟的速率各离心3次，每次10～15分钟；所述干燥的温度为60～80℃。
[0013]较佳的，步骤(3)中，所述离心的转速为5000～8000r/分钟，时间为10～15分钟；所述干燥的温度为60～80℃。
[0014]较佳的，步骤(4)中，MoS2‑
rGO分散液的浓度为10～100mg/mL；所述干燥的温的温度为60～80℃。
[0015]本专利技术制备的基于CTAB辅助合成的二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器具有以下优点：1、由水热法和超声相结合的方法制得CTAB
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MoS2/rGO复合物敏感材料，合成方法简单，成本低廉；2、利用石墨烯高的比表面积、气体吸附能力、快的载流子迁移率以及良好的导电性与MoS2之间的协同作用以及形成了rGO与MoS2之间的电荷转移，进而有效地提高了传感器对NO2的敏感特性，且将器件的工作温度降低，更贴合于实际应用，在检测环境中NO2含量方面有广阔的应用前景；3、器件工艺简单、体积小、适合大批量生产；
4、响应灵敏度高，实现对NO2气体的快速检测。本专利技术中CTAB
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MoS2/rGO传感器对浓度为1ppm的NO2响应值约为14.45％，对浓度为2ppm的NO2响应值约为24.19％，且恢复性能较好。本专利技术中CTAB
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MoS2/rGO传感器，具有更为优越的气敏感应性能。
附图说明
[0016]图1为实施例3制备的CTAB
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MoS2/rGO传感器在0
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28％RH下响应值的变化曲线，从图1中可知响应值整体随着湿度增加而增加，当湿度为38％RH时，传感器的响应值略微降至15.84％本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器，其特征在于，包括：形成在衬底表面的叉指电极和敏感材料层；所述敏感材料层的材质为二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物。2.根据权利要求1所述的基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器，其特征在于，所述叉指电极的材质为贵金属，优选为Au；所述衬底为Al2O3陶瓷基板。3.根据权利要求1或2所述的基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器，其特征在于，所述二硫化钼/还原氧化石墨烯复合物中MoS2与rGO的质量比为（1～4）：1；所述室温NO2传感器还包括连接在叉指电极上的Pt电极。4.一种权利要求1
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3中任一项所述的基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器的制备方法，其特征在于，包括：（1）将钼源和硫源加入到水中，再加入CTAB并混合，得到澄清透明的混合溶液；（2）将澄清透明的混合溶液在180～210℃下反应20～28小时，再经离心洗涤和干燥，得到MoS2固体粉末；（3）将MoS2固体粉末分散在rGO溶液中，再经离心和干燥，得到MoS2‑
rGO固体粉末；（4）将MoS2‑
rGO固体粉末和水混合得到MoS2‑
rGO分散液后，涂覆在叉指电极表面，经干燥后，得到基于二硫化钼/还原氧化石墨烯复合材料的室温NO2传感器。...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱荣，卓尚军，盛成，王群，李豪，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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