气体传感器用催化剂和具有其的接触燃烧型气体传感器制造技术

本发明专利技术涉及气体传感器用催化剂和具有其的接触燃烧型气体传感器。用于气体传感器的催化剂包括载体和包含在载体中的核壳型复合物。该复合物包括含金属核和多孔纳米结构壳。接触燃烧型气体传感器包括该催化剂。燃烧型气体传感器包括该催化剂。燃烧型气体传感器包括该催化剂。

【技术实现步骤摘要】
气体传感器用催化剂和具有其的接触燃烧型气体传感器
[0001]相关申请
[0002]本专利技术申请主张2020年12月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2020
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0170857的优先权，该专利申请的全部内容作为参考并入本文。


[0003]本公开涉及用于持续时间长且具有优异耐久性的气体传感器的催化剂和包含该催化剂的接触燃烧型气体传感器。

技术介绍

[0004]基于检测方式，将气体传感器分为物理化学法、光学法、电学法等。基于物理化学原理的传感器包括半导体型、电化学型、接触燃烧型等。具体地，检测可燃气体氢气的氢气传感器是使用氢能的装置的重要传感器。氢气传感器检测氢气泄露或者连续监测封闭系统中空气中氢气的浓度，借此防止由氢气所造成的爆炸。
[0005]具体地，接触燃烧型氢气传感器通过将作为可燃气体的氧气和氢气的反应热(燃烧热)转化为电信号来检测氢气。因此，因为受水蒸汽、温度、湿度及其它气体的影响较小，因此接触燃烧型氢气传感器具有优异的稳定性和耐久性。接触燃烧型氢气传感器通常包括由在载体中能够均一含有大量催化剂和金属电热丝的多孔陶瓷制成的载体。载体包括催化剂。如以上所描述的接触燃烧型氢气传感器通过对金属电热丝施加能量来加热载体，并且当氢气接触到加热载体时发生燃烧反应。载体和载体中的金属电热丝的温度随燃烧反应而升高，并且金属电热丝的电阻值改变，借此检测氢气。
[0006]例如，韩国专利申请公开No.2010
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0026810(专利文献1)公开了使用微电机系统(MEMS)技术生产的芯片以及包括其中铂(Pt)高度分散在氧化铝载体上的催化剂的接触燃烧型氢气传感器。然而，专利文献1中公开的常规接触燃烧型氢气传感器使用了催化剂的燃烧。因此，由于长期使用期间催化剂变差，因此燃烧反应减弱，由此逐渐降低了灵敏度。另外，在专利文献1中，由于其中分散金属颗粒的载体变差，因此借此可以发生由于载体中金属颗粒的移动和金属颗粒的生长所造成的结块，或者可以发生金属颗粒在载体中的解吸。具体地，可以通过外界环境，即，温度和水份加速金属颗粒的移动和生长。金属颗粒的移动和生长减小了能够与氢气反应的金属颗粒的面积，借此降低了传感器的性能。
[0007]另外，由于存在于外部和周围环境中的水份(H2O)起到接触燃烧型氢气传感器的正向反应和竞争反应的作用，因此传感器活性降低。另外，催化剂通过与要检测的传感靶材料的反应导致转化。借此，缩短了传感器的预期寿命。缩短的预期寿命导致产生了额外的费用，如传感器更换或认证/校准。
[0008]因此，需要具有提高的传感器寿命和优异的耐久性的用于气体传感器的催化剂的研究和开发。这些通过防止由存在于外部和周围环境中的水份所造成的变形和通过防止由于变差所造成的金属颗粒的移动和生长来实现。还需要研究和开发包括催化剂的接触燃烧型气体传感器。

技术实现思路

[0009]已实施了本公开来解决现有技术中存在的上述问题，同时维持通过现有技术所实现的优势的完整。
[0010]本公开的方面提供了用于具有长传感器寿命和优异耐久性的气体传感器的催化剂。这些方面通过防止由存在于外部和周围环境中的水份所造成的变形和通过防止由于变差所造成的金属颗粒的移动和生长来实现。本公开的另一个方面提供了包括催化剂的接触燃烧型气体传感器。
[0011]要通过本专利技术构思解决的技术问题不局限于上述问题，并且根据以下描述，本公开所属领域的常规技术人员将清楚地理解在本文中未提及的任何其它技术问题。
[0012]根据本公开的一个方面，用于气体传感器的催化剂包括载体和包含在载体中的核壳型复合物。
[0013]复合物包括含金属核和多孔纳米结构壳。
[0014]另外，根据本公开的一个方面，接触燃烧型氢气传感器包括用于气体传感器的催化剂。
附图说明
[0015]结合附图，根据以下详细说明，本公开的上述及其它目标、特征和优势应更清楚：
[0016]图1是根据本公开的实施方式的用于气体传感器的催化剂的示意图；和
[0017]图2和图3是测量针对根据本公开的实施方式的用于气体传感器的催化剂的实验实施例1和2中的氢气的电流差的结果。
具体实施方式
[0018]在下文中，将详细描述本公开。
[0019]用于气体传感器的催化剂
[0020]根据本公开的用于气体传感器的催化剂包括载体和包含在载体中的核壳型复合物。
[0021]参考图1，根据本公开的用于气体传感器的催化剂“A”可以包括载体“1”和包含在载体“1”中的核壳型复合物10。
[0022]载体
[0023]载体含有复合物。因此，复合物分散并机械固定在载体中以提高催化活性，借此用于提高导热率。
[0024]载体可以是含有金属氧化物的陶瓷。例如，陶瓷可以包括选自下列中的至少一种：铝(Al)、硅(Si)、硼(B)、铍(Be)、锡(Sn)、锌(Zn)、钨(W)、铜(Cu)和镁(Mg)。具体地，陶瓷可以由选自由以下项组成的组中的至少一种形成：氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氧化铍(BeO)、氧化锡(IV)(SnO2)、过氧化锌(ZnO2)、三氧化钨(WO3)、氧化铜(CuO)和氧化镁(MgO)。
[0025]载体可以包括碳基化合物。例如，载体还可以包括选自由以下项组成的组中的至少一种：炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管和石墨烯。
[0026]核壳型复合物
[0027]核壳型复合物包含在载体中并且包括金属。因此，复合物用于通过加速靶气体和氧气之间的反应来检测靶气体。
[0028]复合物包括含金属核和多孔纳米结构壳。参考图1，复合物10可以包括含金属核“3”和多孔纳米结构壳“2”。当复合物处于其中金属颗粒在载体中移动并且彼此聚集的核壳结块形式时，防止了催化剂的代表性变差现象之一并且防止了与外部水份的接触。这导致传感器敏感性变化较小。另外，为了改善催化活性，当通过加热使复合物中的水份蒸发时，核壳型复合物可以再生并且可以重复使用。
[0029]在本文中，多孔纳米结构壳用于使含金属核均一分散在载体中并且用于防止传感器灵敏度降低。这是由于含金属核变差、由于通过与水的反应的颗粒移动所造成的聚集、借此的颗粒生长或者金属颗粒的解吸所造成的。
[0030]壳可以包括多个孔，其分别具有小于10nm、1至10nm或者2至5nm的平均直径。当壳中的孔的平均直径小于上述范围时，传感靶气体不能平稳移动并因此传感器的灵敏度可能由于透射率而不足。当平均直径超过上述范围时，大气体颗粒，包括水份颗粒的渗透性升高并因此传感器的灵敏度可能由于水份而变差。
[0031]另外，壳可以包括选自由二氧化硅、沸石和淀粉组成的组中的至少一种。
[0032]壳可以具有10至100nm，或者10至50nm的平均厚度。当壳的平均厚度小于上述范围时，由于对于气体渗透性不存在区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于气体传感器的催化剂，包括：载体和包含在所述载体中的核壳型复合物，其中所述复合物包括含金属的核和多孔纳米结构的壳。2.根据权利要求1所述的用于气体传感器的催化剂，其中所述壳包括多个具有小于10nm的平均直径的孔。3.根据权利要求1所述的用于气体传感器的催化剂，其中所述壳包括选自由二氧化硅、沸石和淀粉组成的组中的至少一种。4.根据权利要求1所述的用于气体传感器的催化剂，其中所述金属包括选自由以下项组成的组中的至少一种：铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、镍(Ni)、钌(Ru)、铜(Cu)和铑(Rh)。5.根据权利要求1所述的用于气体传感器的催化剂，其中所述复合物包括在所述复合物的表面上的亲脂性官能团。6.根据权利要求5所述的用于气体传感器的催化剂，其中所述亲脂性官能团衍生自选自由铝酸酯和氢氧化铝组成的组中的至少一种。7.根据权利要求1所述的用于气体传感器的催化剂，其中所述复合物包括具有1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炳镇，
申请(专利权)人：起亚株式会社，
类型：发明
国别省市：