一种NO2传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种NO2传感器及其制备方法，其中以MOF为模板合成的Ni/Co双金属氧化物检测NO2方法，该方法中的Ni/Co双金属氧化物比起常规的半导体金属氧化物对NO2显示出较灵敏的响应，响应时间较快，响应温度较低，且对常见的挥发有机化合物没有明显的响应，体现出良好的选择性。该方法有望在半导体金属氧化物的低温NO2传感中得到广泛的应用。传感中得到广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种NO2传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感方法领域，具体涉及一种以MOF为模板制备Ni/Co双金属氧化物对NO2传感的方法。

技术介绍

[0002]近年来，纳米材料的合成以及其性能研究获得了长足的发展，这其中半导体金属氧化物作为一大类重要的功能材料，在气敏传感领域已获得广泛的应用。尽管半导体金属氧化物对常见的有毒有害气体的传感效果较好，能获得较高的灵敏度和较低的检出限，但由于绝大部分的半导体金属氧化物都需要在250℃以上的高温下才能工作，在造成能源浪费的同时极大地限制了其实际应用。因此将半导体金属氧化物的工作温度降低，并保留其良好的传感性能就成为一个非常重要的课题。
[0003]众所周知，NO2是一种常见的有毒有害气体，主要来自于汽车尾气，锅炉废气等，是酸雨的成因之一，因此检测NO2具有重要的现实意义。本专利技术介绍了一种基于模板法合成的Ni/Co双金属氧化物低温检测NO2的方法，该方法灵敏度高，能够实现1ppm NO2的准确检测；选择性好，对常见的挥发性有机物没有明显的响应，且该方法稳定性良好，重复三次的结果没有明显的偏差，为低浓度NO2的定量检测奠定了基础。尤为重要的是，该方法中传感器的工作温度为80℃，远低于通常的半导体金属氧化物的工作温度，节约能耗的同时也更容易实现便携检测的需求，为低温传感器的设计提供了新的可能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了弥补现有半导体金属氧化物高温传感的不足，提出了一种Ni/Co双金属氧化物低温检测NO2的新方法。
[0005]本专利技术一方面提供一种NO2传感器，所述传感器的传感膜的材质成分包括Ni/Co双金属氧化物。
[0006]优选所述传感膜的厚度为0.1
‑
1mm。
[0007]本专利技术另一方面一种NO2传感膜的制备方法，将Ni/Co双金属氧化物与醇试剂配制成悬浊液，制备成膜状材料。
[0008]优选所述悬浊液浓度为1
‑
10mg/ml。
[0009]本专利技术还提供NO2的传感方法：使用外接直流电源给NO2传感器加热，直至特定的温度；通过流量控制系统打开一定流量的空气，在干燥的空气中使传感器的电阻达到稳定值。控制总流量不变的前提下，调节NO2与空气的流量以达到改变NO2浓度的效果。开启计时器，使不同浓度的NO2与传感器反应一定的时间后，关闭NO2气路，调节空气气路的流量至初始值，在空气氛围中使电阻恢复一段时间；进而再次改变空气与NO2的流量，测试不同NO2浓度下传感器的响应，以空气氛围与NO2氛围电阻值的差值ΔR除以初始电阻值R0作为传感器的响应值，并绘制响应值与浓度的工作曲线。其他常见干扰物的测试步骤同NO2。
[0010]优选所述直流电源用于加热传感器的加热温度为80
‑
300℃。
[0011]优选所述气体的总流量为50
‑
500ml/min。
[0012]优选所述传感器与不同浓度NO2的反应时间为5
‑
10min，在空气中的电阻恢复时间为10
‑
20min。
[0013]优选所述干扰物选自水，丙酮，甲醇，乙醇，氯苯，乙酸乙酯，甲苯或四氯化碳。
[0014]本专利技术具有如下优点：
[0015](1)该方法操作简便，灵敏度高，能够检测到1ppm NO2，选择性好，水和常见的VOCs没有明显的干扰。
[0016](2)该方法检测NO2具有较好的稳定性，连续一周测试信号没有明显的衰减；较好的重现性，连续三次检测结果没有明显的偏差(见图3)。
[0017](3)该方法克服绝大多数半导体金属氧化物高温传感的不足，能够实现相对低温80℃对NO2的高选择性，高灵敏度传感。
附图说明
[0018]图1是传感器于自制密封瓶的工作示意图；
[0019]图2是实施例4制备的以Ni/Co双金属氧化物为传感膜对不同浓度NO2的电阻响应变化曲线；
[0020]图3是实施例4制备的Ni/Co双金属氧化物传感膜对不同浓度NO2响应值与浓度的工作曲线；
[0021]图4是实施例5制备的Ni/Co双金属氧化物对NO2和干扰物响应值的对比。
具体实施方式
[0022]下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但不因此而限制本专利技术。
[0023]一种以MOF为模板制备Ni/Co双金属氧化物对NO2传感的方法，具体步骤如下：
[0024](1)传感器的制备：将Ni/Co双金属氧化物用无水乙醇配制成悬浊液，超声分散均匀。移液枪移取适量均匀涂覆在陶瓷管表面，形成一层薄膜。彻底干燥后将涂好的陶瓷管用导线固定于自制密封瓶中，检查整个气路的密封性。
[0025](2)NO2的传感：使用外接直流电源给传感器加热，直至特定的温度。通过流量控制系统打开一定流量的空气，在干燥的空气中使传感器的电阻达到稳定值。控制总流量不变的前提下，调节NO2与空气的流量以达到改变NO2浓度的效果。开启计时器，使不同浓度的NO2与传感器反应一定的时间后，关闭NO2气路，调节空气气路的流量至初始值，在空气氛围中使电阻恢复一段时间。进而再次改变空气与NO2的流量，测试不同NO2浓度下传感器的响应，以空气氛围与NO2氛围电阻值的差值ΔR除以初始电阻值R0作为传感器的响应值，并绘制响应值与浓度的工作曲线。其他常见干扰物VOCs的测试步骤同NO2。
[0026]所述步骤(1)中悬浊液浓度为1
‑
10mg/ml，超声分散时间为10
‑
30min；
[0027]所述步骤(1)中涂覆的悬浊液的体积为10
‑
50μL，形成的传感薄膜的厚度为0.1
‑
1mm；
[0028]所述步骤(2)中直流电源用于加热传感器的加热温度为80
‑
300℃；
[0029]所述步骤(2)气体的总流量为50
‑
500ml/min；
[0030]所述步骤(2)中传感器与不同浓度NO2的反应时间为5
‑
10min，在空气中的电阻恢
复时间为10
‑
20min；
[0031]所述步骤(2)中干扰物包括水，丙酮，甲醇，乙醇，氯苯，乙酸乙酯，甲苯，四氯化碳。
[0032]Ni/Co双金属氧化物由模板法制备得到，具体地，在100ml小烧杯中称取125mg对苯二甲酸，加入15ml N,N
‑
二甲基甲酰胺，2ml无水乙醇，2ml水，搅拌使其混合均匀。随后加入90mg NiCl2·
6H2O,90mg CoCl2·
6H2O，0.5g聚乙烯吡咯烷酮，室温条件下搅拌20min至溶液澄清透明，将溶液转移入50ml聚四氟乙烯衬底的反应釜，150℃反应10h，自然冷却至室温，用无水乙醇洗涤三遍，置于60℃真空烘箱中干燥6h，得到Ni/Co双金属MOF。将制备好的Ni/Co双金属MOF置于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NO2传感器，其特征在于，所述传感器的传感膜的材质成分包括Ni/Co双金属氧化物。2.根据权利要求1所述的NO2传感器，其特征在于：所述传感膜的厚度为0.1
‑
1mm。3.一种NO2传感膜的制备方法，其特征在于，将Ni/Co双金属氧化物与醇试剂配制成悬浊液，制备成膜状材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所悬浊液浓度为1
‑
10mg/ml。5.NO2的传感方法：其特征在于：使用外接直流电源给NO2传感器加热，直至特定的温度；通过流量控制系统打开一定流量的空气，在干燥的空气中使传感器的电阻达到稳定值；控制总流量不变的前提下，调节NO2与空气的流量以达到改变NO2浓度的效果；开启计时器，使不同浓度的NO2与传感器反应一定的时间后，关闭NO2气路，调节空气气路的流量至初始值，在空气氛围中使电阻恢复一段时间；进而再次...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亮，高建梅，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：