一种卤化铅基金属有机框架材料及其制备与应用、氨气传感器、及智能传感器件制造技术

本发明专利技术涉及一种卤化铅基金属有机框架材料及其制备与应用、氨气传感器、及智能传感器件，所述材料的化学式为[Pb

【技术实现步骤摘要】
一种卤化铅基金属有机框架材料及其制备与应用、氨气传感器、及智能传感器件


[0001]本专利技术属于有害气体分析
，涉及一种卤化铅基金属有机框架材料及其制备与应用、氨气传感器、及智能传感器件。

技术介绍

[0002]氨气是一种无色的有毒的腐蚀性气体，也是空气中常见的有毒污染物之一。据统计，全球化学工业、制造厂和化肥厂每年人为排放的NH3约为5000万吨，近40年来几乎翻了一倍。日益严重的空气污染已成为人们重点关注的问题之一。短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、胸闷、呼吸困难等反应，并伴有头痛、恶心、乏力等症状，长期暴露在氨气中会对人的大脑和肺部造成不可逆的伤害，严重甚至可致人失明，死亡。虽然目前对氨气的检测已有很多较成熟的方法，包括气相色谱、表面声波、电化学法等。这些方法虽然具有可靠的检测结果，较低的检测限，但往往存在检测成本高，样品前处理复杂，检测技术门槛高等不足，使得这些方法通常难以直接用于现场检测。，因此寻求便捷快速的氨气现场检测方法依然是一个挑战。
[0003]金属有机框架材料(MOFs)主要是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的一类多孔材料。由于具有高比表面积，功能性可调等优点，使其在气体储存、分离，药物传递，催化，传感分析等领域都有着广泛的应用。特别是光致发光的金属有机框架结构，其发光往往可以通过客体分子的吸附和解吸而改变，这也使其在分子传感，尤其是气体分子传感领域具有良好的应用前景。但传统的MOFs结构节点一般是由金属氧簇组成，结构的稳定性和活性往往难以兼具。同时，如何将这类材料通过便捷的方式整合至可以在实际环境中应用的设备中也是难点之一。
[0004]金属卤化物钙钛矿是一类具有高量子产率、窄发射宽度和高电荷迁移率的光致发光材料，其优异的光电性质，也使得这类材料成为检测各种目标分析物潜在候选者。目前已报道的研究工作表明钙钛矿材料对于氨气具有特异性的光电响应，但由于金属卤化物钙钛矿对于氧气和湿度的敏感性使其在实际环境中应用受到限制。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了提供一种卤化铅基金属有机框架材料及其制备与应用、氨气传感器、及智能传感器件，以实现在不同环境下对于痕量氨气的定性和定量的检测。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一在于提供了一种卤化铅基金属有机框架材料的制备方法，取氯化铅与4,4'
‑
联苯二甲酸加入N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶剂中，再加入高氯酸，加热反应，所得产物离心过滤、纯化、干燥，得到针状晶体，即为目标产物。
[0008]进一步的，氯化铅与4,4'
‑
联苯二甲酸的摩尔比为1：(2
‑
4)，优选为1:3。
[0009]进一步的，氯化铅、混合溶剂与高氯酸添加量之比为(40～45)mg：4mL：(150～250)
μL，优选为，41.7mg：4mL：200μL。
[0010]进一步的，混合溶剂中，N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为(1.5～2.5)：1，优选为2:1。
[0011]进一步的，加热反应的温度为120～180℃，优选为150℃，时间为24～96h，优选为2天。
[0012]进一步的，离心过滤前，反应后溶液先冷却至室温。同时，纯化过程为采用乙醇反复润洗，以去除原始溶液未反应物质。干燥过程则可以为：在80℃下真空干燥24h。
[0013]在该条件下，4,4'
‑
联苯二甲酸作为阴离子导向模板剂，通过羧酸基团与带正电荷的一维氯化铅链配位结合形成具有稳定蓝光发射的多孔卤化铅基有机框架材料。所合成的框架结构中每个氯化铅链Pb
2+
中心有一个指向孔通道的配位水分子，相对较弱的水配位很容易被NH3取代，同时结构中合适的孔径大小也使得低浓度的NH3能够扩散到孔道中，因此在尺寸效应以及氨气与铅原子之前的强配位的协同作用下，实现对氨气的高选择性与灵敏度荧光检测。
[0014]本专利技术的技术方案之二提供了一种卤化铅基金属有机框架材料，其采用如上任一所述的制备方法制备得到，其化学式为[Pb
1.5
Cl
2+
][
–
O2C(C6H4)2CO2–
]·
0.5H2O。
[0015]本专利技术的技术方案之三提供了一种卤化铅基金属有机框架材料的应用，该金属有机框架材料用于痕量氨气的定性和/或定量检测中。
[0016]本专利技术的技术方案之四提供了一种氨气传感器，包括载玻片、以及如上所述的卤化铅基金属有机框架材料，所述卤化铅基金属有机框架材料通过真空硅脂均匀涂覆在载玻片上。另外，载玻片上可预先采用黑胶布包覆涂覆样品(即金属有机框架材料)的一面，以减少散射光对测量带来的影响。同时，晶体探针(即卤化铅基金属有机框架材料)的涂覆厚度可为80～120μm，约为100μm。
[0017]进一步的，载玻片还置入荧光比色皿中，并利用硅胶塞将荧光比色皿密封。具体检测时，将荧光比色皿放入荧光仪器中通过荧光光谱的变化实现对目标检测气体的定性和定量分析。其荧光激发波长为340nm，荧光发射波长为400nm。荧光从发光到猝灭的过程明显，实现可视化检测。荧光检测线性范围为25～400ppm,检测限为12ppm。
[0018]本专利技术的技术方案之五提供了一种智能传感器件，包括光源、光敏电阻、电源、电流表，以及如上所述的氨气传感器，所述光源由所述电源供电发光，所述光敏电阻、电流表与电源构成电流回路，且所述氨气传感器与光源45度斜角相对，并由光源实现光致发光，所述光敏电阻正对氨气传感器，并可接收氨气传感器光致发光产生的荧光。
[0019]进一步的，所述光源为紫外灯。
[0020]进一步的，所述电源为纽扣电池。
[0021]进一步的，工作时，光敏电阻仅接收由氨气传感器产生的荧光，而不接受其他光源的光信号。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术首次利用卤化铅基金属有机框架对基于荧光猝灭对痕量氨气进行检测。其检测线性范围为25～400ppm，检出限为12ppm。空气中氨气浓度在15ppm时即可实现不同环境下定量检测。
[0024](2)本专利技术方法避免了使用大型仪器，所设计的智能传感器件轻便小巧，成本低，
操作简单，方便快捷，灵敏度高，效果显著；同时本方法具有良好的选择性，能有效避免空气中其他气体的干扰，样品前处理过程简单。采用荧光猝灭及光电信号转换的方式实现对不同环境中氨气的高灵敏选择性检测。
附图说明
[0025]图1为本专利技术材料的晶体结构示意图以及与单晶模拟比较的XRD图。
[0026]图2为本专利技术材料卤化铅基金属有机框架结构的荧光光谱性质图。
[0027]图3为本专利技术原位气体荧光传感系统检测流程。
[0028]图4为本专利技术荧光谱检测时荧光猝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卤化铅基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，取氯化铅与4,4'
‑
联苯二甲酸加入N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶剂中，再加入高氯酸，加热反应，所得产物离心过滤、纯化、干燥，得到针状晶体，即为目标产物。2.根据权利要求1所述的一种卤化铅基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，氯化铅与4,4'
‑
联苯二甲酸的摩尔比为1：(2
‑
4)。3.根据权利要求1所述的一种卤化铅基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，氯化铅、混合溶剂与高氯酸添加量之比为(40～45)mg：4mL：(150～250)μL。4.根据权利要求1所述的一种卤化铅基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，混合溶剂中，N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为(1.5～2.5)：1。5.根据权利要求1所述的一种卤化铅基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，加热反应的温度为130～160℃，时间为24～96h。6.一种卤化铅基金属有机框架材料，其采用如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：费泓涵，陈欣峰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：