气敏材料及制备方法和其在NH3气敏传感器中的应用技术

本发明专利技术提供一种基于MoO3@MoS2/PTH的复合材料、制备方法和在氨气气体气敏传感器的应用，涉及气体检测领域，其中，MoO3@MoS2占MoO3@MoS2/PTH质量分数的20％；其工作温度为室温，对50ppm的氨气气体灵敏度达到1.4；制备方法如下：首先通过水热法制备出花状MoO3，以MoO3为前驱体制备出MoO3@MoS2，然后通过原位聚合法制备出MoO3@MoS2/PTH气敏材料；将MoO3@MoS2/PTH材料涂覆于金电极包覆的Al2O3陶瓷管表面制成气敏元件。本发明专利技术利用原位聚合法制备的MoO3@MoS2/PTH的气敏材料对氨气具有较高的灵敏度，较快的响应时间和恢复时间。较快的响应时间和恢复时间。较快的响应时间和恢复时间。

【技术实现步骤摘要】
气敏材料及制备方法和其在NH3气敏传感器中的应用


[0001]本专利技术涉及功能纳米材料制备
，还涉及气体传感器检测
，具体涉及一种气敏材料，制备方法及其在气体传感器中的应用。

技术介绍

[0002]近年来，现代工业的快速发展，环境和生态问题越来越受到人们的重视，环境的保护和有害物质的监控成为了当务之急，而空气污染与人类的身体健康息息相关，越来越需要检测有害气体。氨气是日常生活中很常见的气体，既是许多化工产品的原料，也是许多化工产品的排泄废气，当氨气的指标浓度超过一定范围时，会对我们的身体造成损害，因此，我们需要监控氨气浓度来保证产品质量和环境安全。
[0003]现在世面上有许多种类的化学电阻传感器，以金属半导体为敏感材料的传感器类居多，半导体类传感器的灵敏度高，但是使用温度高，气体选择性差，所以迫切需要新型的电阻传感器，提高传感器的适用性和选择性。导电聚合物中的聚噻吩因为其容易聚合，高的电导率，好的热稳定性和环境稳定性等优点，被认为是一种极具有前途的传感材料，聚噻吩和无机组分之间的协同作用或互补作用，对提高元器件的气敏性能具有重要意义。
[0004]近些年来，新型二维材料发展迅速，其中MoS2具有导电性好、吸附力强、反应活性高、柔韧性好等特点，且具有天然带隙。MoS2是严格的二维材料，具有大的比表面积，边缘具有不饱和键等，这些为气体分子吸附反应提供了活性位点。这些特性使MoS2材料成了气敏传感材料研究的热点。MoS2对某些气体并不敏感，因此，采用掺杂和复合手段，提升其气敏性能，为实现低检测限、高响应度、响应/恢复时间短、生产成本低等优越性能的气敏器件开发提供新思路。
[0005]MoO3是一种宽带过渡金属氧化物半导体材料，具有特殊的层结构和良好的氧化还原催化活性，其物理化学性质稳定，同时通过控制反应条件可以较好的控制形貌结构，通过掺杂、异质结的构筑，提高材料的气敏性能。
[0006]CN105510403A专利技术采用化学或者物理刻蚀方法，在单晶硅片表面形成准周期性结构，并通过热蒸发镀膜形成电极来对氨气进行检测，但是该工艺对设备要求高、操作要求高、生产成本高，不利于大规模应用。CN102978578A采用溅射法制备出氧化铜掺杂的二氧化锡基体的氨气气敏传感器，该传感器的灵敏度高且响应恢复时间短，但是其工作温度高且体积大。CN104502415A专利技术了基于贵金属复合材料的氨气传感器，其气敏性能好，但是成本昂贵。CN110702752专利技术了催化式气敏传感器，但是其恢复时间长。CN102103103A公开了一种用于检测氨气的传感器及其制备方法，制成由有机薄膜晶体管构成的用于检测氨气的传感器，但是该晶体管传感器存在加工工艺复杂、制作周期长、制作条件苛刻、且制备过程中所用化学试剂对环境不友好的缺点。
[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种气敏传感器及在氨气气体检测的应用，用于解决现有技术中，气敏传感器需要升温或者紫外光灯下才能工作的缺陷。

技术实现思路

[0008]针对于现有的技术不足之处，本专利技术的目的在于提供一种MoO3@MoS2/PTH的气敏材料，制备方法及其在气敏传感器中的应用。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：
[0010]一种气敏材料，所述材料为MoO3@MoS2/PTH，通过以MoO3为核、以MoS2为壳形成核壳结构MoO3@MoS2，然后与噻吩单体进行聚合得到，其中MoO3和MoS2的核壳结构MoO3@MoS2占材料质量分数的10～30％。
[0011]作为优选方式，首先采用水热法制备出花状纳米三氧化钼，然后制备出MoO3和MoS2的核壳结构，通过原位聚合法制备出MoO3@MoS2/PTH。
[0012]作为优选方式，气敏材料为片状堆积结构，所述MoO3@MoS2/PTH气敏材料工作温度为室温，对50ppm的氨气气体灵敏度达到1.4。
[0013]本专利技术还提供一种所述的气敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0014]S1：制备花状三氧化钼：将摩尔比为1：10至3:10的四水合七钼酸按(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O和硫酸铵(NH4)2SO4溶解在50mL去离子水中，然后继续添加0.93mol氨水和适量的去离子水定容到70mL，将所得溶液搅拌均匀，再加入1.817g硫代乙酰胺搅拌均匀得到澄清溶液，接下来，将溶液转移到100mL的水热反应釜中，并在180～240℃下加热24小时；自然冷却至室温后，收集所得沉淀，用去离子水和乙醇洗涤数次，最后在60℃真空干燥10小时；
[0015]S2：制备MoO3@MoS2：称取1mM的MoO3粉末，超声分散于100mL的水和乙醇的混合溶液中，混合溶液中水与乙醇体积比为2:3，待得到均质得MoO3分散液之后，加入不同摩尔比的硫脲，MoO3：H2NSNH2的摩尔比为1:1～1:10，待硫脲完全溶解，将整个混合分散液转移至容量为100mL的水热釜中，水热釜填充比为70％，水热温度为180℃
‑
220℃，水热时间为18
‑
24h；反应结束后，待冷却至室温，分别用水和乙醇离心洗涤若干次，干燥后得到MoO3@MoS2；
[0016]S3：制备材料，称取无水氯化铁溶于氯仿中，噻吩单体和无水氯化铁的摩尔比为3:1，搅拌1h后得到深绿色浊液，称取噻吩单体和MoO3@MoS2溶于氯仿中，噻吩单体和MoO3@MoS2的质量比为10:1～10:3，超声1h得到噻吩和二硫化钼的分散液，将分散液缓慢滴加到氯化铁浊夜，室温搅拌反应9h；反应完成后室温蒸干溶剂,加入适量的1mol/L HCI室温搅拌12h；将得到的产物用HCl多次洗涤，再用去离子水洗涤后在60～80℃干燥6～8小时。
[0017]作为优选方式，S1中，将溶液转移至水热反应釜中，在180℃下反应24h。
[0018]作为优选方式，S2中，称取摩尔比为1:3的MoO3和H2NSNH2加入到溶液中。
[0019]作为优选方式，S3中，称取质量比为10:2的噻吩单体和MoO3@MoS2溶于氯仿。
[0020]本专利技术还提供一种气敏材料在NH3气敏传感器中的应用，其为：将MoO3@MoS2/PTH敏材料涂覆与金电极包覆的Al2O3陶瓷管表面制成气敏传感元件。
[0021]作为优选方式，所述NH3气敏传感元件的制备方法具体如下：取MoO3@MoS2/PTH粉末产物研磨10min，再加入无水乙醇混合研磨至糊状，将得到的糊状物均匀涂抹于金电极包覆的Al2O3陶瓷管表面，在室温下将乙醇蒸干，再将金电极焊接在陶瓷底座上。
[0022]本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种气敏传感器，在常温可见光的条件下，即可对不同浓度的氨气进行检测，具有响应性好、灵敏度高、响应及恢复时间快、选择性强的优点；且制备简单，生产成本低，适用于某些环境中的氨气检测。解决了现有技术中，气敏传感器需在高温或者紫外光下才可工作的技术缺陷。
为壳形成核壳结构MoO3@本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气敏材料，其特征在于：所述材料为MoO3@MoS2/PTH，通过以MoO3为核、以MoS2为壳形成核壳结构MoO3@MoS2，然后与噻吩单体进行聚合得到，其中MoO3和MoS2的核壳结构MoO3@MoS2占材料质量分数的10～30％。2.根据权利要求1所述的气敏材料，其特征在于：首先采用水热法制备出花状纳米三氧化钼，然后制备出MoO3和MoS2的核壳结构，通过原位聚合法制备出MoO3@MoS2/PTH。3.根据权利要求1所述的气敏材料，其特征在于：气敏材料为片状堆积结构，所述MoO3@MoS2/PTH气敏材料工作温度为室温，对50ppm的氨气气体灵敏度达到1.4。4.权利要求1至3任意一项所述的气敏材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1：制备花状三氧化钼：将摩尔比为1：10至3:10的四水合七钼酸按(NH4)6Mo7O
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4H2O和硫酸铵(NH4)2SO4溶解在50mL去离子水中，然后继续添加0.93mol氨水和适量的去离子水定容到70mL，将所得溶液搅拌均匀，再加入1.817g硫代乙酰胺搅拌均匀得到澄清溶液，接下来，将溶液转移到100mL的水热反应釜中，并在180～240℃下加热24小时；自然冷却至室温后，收集所得沉淀，用去离子水和乙醇洗涤数次，最后在60℃真空干燥10小时；S2：制备MoO3@MoS2：称取1mM的MoO3粉末，超声分散于100mL的水和乙醇的混合溶液中，混合溶液中水与乙醇体积比为2:3，待得到均质得MoO3分散液之后，加入不同摩尔比的硫脲，MoO3：H2NSNH2的摩尔比为1:1～1:10，待硫脲完全溶解，将整个混合分散液转移至容量为100mL的水热釜中，水热釜填充比为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国云，周慧敏，何为，王守绪，李婧，马朝英，郭珊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：