一种以介孔氧化钨为敏感电极的高灵敏度电化学二氧化氮气体传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法。本发明专利技术的制备方法包括：本发明专利技术以SBA

【技术实现步骤摘要】
一种以介孔氧化钨为敏感电极的高灵敏度电化学二氧化氮气体传感器的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法，属于气体检测


技术介绍

[0002]NO2是空气中的主要污染源之一，空气中高浓度的NO2不仅会造成酸雨和光化学烟雾等环境污染，还会给人类的身体健康带来严重的危害。当处在50ppm 的NO2中时，人体会产生咳嗽、咳血、呼吸困难和胸痛，当浓度大于100ppm时，人体则会出现致命的肺水肿，当浓度大于200ppm时人类会瞬间死亡。因此需要专利技术一种NO2气体传感器来实时监测空气中的NO2。
[0003]NO2气体的检测方法有光学检测法，化学发光法，半导体电阻法和电化学型检测法。电化学型检测法因其结构简单、受环境因素影响小，并且对目标气体灵敏性强稳定性高、响应恢复快成为空气监控用NO2传感器的最佳研究对象。目前，研究者研究的电化学型传感器主要集中在YSZ基NO2气体传感器。但是这种传感器测试温度高，需要安装加热装置，并且不适用于低温检测。具有优良离子导电性的Ce
0.8
Gd
0.2
O
1.9
(GDC)固体电解质和作为一种典型的n型半导体的氧化钨，被应用于NO2的检测中。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：如何获得一种以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：将钨源溶于溶剂中，加入介孔分子筛SBA
‑
15作模板剂，超声处理将孔道内气泡排出，室温下搅拌反应，所得混合物经干燥后煅烧，将煅烧后所得产物用过量HF溶液处理，去除SBA
‑
15模板，然后抽滤得到沉淀物，所得沉淀物经洗涤、烘干后即得介孔WO3粉体；
[0007]步骤2：将步骤1所得的介孔WO3粉体和溶剂混合后得到WO3敏感电极浆料；
[0008]步骤3：称取Gd2O3和Ce(NO3)3·
6H2O分别溶于硝酸和去离子水中，将得到的两种溶液混合均匀，再加入尿素溶液，得到混合溶液A；搅拌下往混合溶液A中滴加氨水，调节pH值至偏中性，然后加热搅拌反应，所得固体沉积物抽滤、洗涤、烘干后得到固态前驱物，将固态前驱物置于刚玉坩埚中焙烧得到GDC 粉体；
[0009]步骤4：将GDC粉体、溶剂、增塑剂和粘合剂球磨混合，球磨后静置排除浆料内的气泡，然后利用流延机流延成型，待其风干得到流延片，依次经过压制成膜、剪裁后烧结成陶瓷片，即得GDC电解质基片；
[0010]步骤5：在GDC电解质基片的两面上分别制作Pt电极，Pt电极上分别连接铂丝导线，烘干后将其置于马弗炉中烧结，随炉降温后取出器件，然后采用步骤 1所得的WO3敏感电极
浆料在Pt电极上制备WO3敏感电极，使Pt电极完全被覆盖，所得试样烘干后煅烧，即得NO2气体传感器。
[0011]优选地，所述步骤1中硅钨酸、溶剂和SBA
‑
15模板剂的质量比为 3～4:8～12:0.8～1.2，所述钨源为硅钨酸，所述溶剂为乙醇；所述煅烧的工艺条件为：在500～600℃下空气氛围中煅烧3～5小时。
[0012]优选地，所述步骤1中HF溶液的浓度为2～4mol/L，所述煅烧后所得产物与 HF溶液的质量体积比为1g～40:60mL。
[0013]优选地，所述步骤2中介孔WO3粉体和溶剂混合的比例为1:1.5～2.5，所述溶剂为乙醇。
[0014]优选地，所述步骤3中Gd2O3和Ce(NO3)3·
6H2O的摩尔比为1:8，所述硝酸的浓度为3mol/L，所述硝酸与Gd2O3的质量比为3:1，所述去离子水与 Ce(NO3)3·
6H2O的质量比为2:1，所述尿素溶液的浓度为0.5mol/L，所述尿素溶液的质量与混合溶液A的质量比为1:11。
[0015]优选地，所述步骤3中的pH值为6.6～7，所述搅拌反应的温度为80～90℃，时间为4～6h；所述焙烧的温度为700～900℃，时间为1～3h。
[0016]优选地，所述步骤4中的溶剂为无水乙醇，所述增塑剂为三乙醇胺和邻苯二甲酸二丁酯，所述粘合剂为聚乙二醇600和聚乙烯缩丁醛；所述GDC粉体、无水乙醇、三乙醇胺、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇600及聚乙烯缩丁醛的质量比为1:3:5.6:4:7:3。
[0017]优选地，所述步骤5中制作Pt电极和WO3敏感电极均是采用丝网印刷工艺，所述烧结的温度为1400～1500℃，时间为8～12小时。
[0018]优选地，所述步骤5中煅烧的条件为：在电极烧结炉中600～800℃条件下煅烧1～3h。
[0019]本专利技术还提供了上述的以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法制备得到的NO2气体传感器在检测NO2气体中的应用。
[0020]本专利技术先以SBA
‑
15作为模板利用硬模板法成功制备了介孔WO3粉体，然后以GDC为固体电解质、以介孔WO3为敏感电极组装制作了片式混合电势型 NO2传感器。所制备的NO2传感器的灵敏度较大提高(S＝99.78mV/decade，S为工作曲线的斜率，工作曲线为
△
V＝S
×
lgC+b，
△
V为在NO2中的电动势与背景气中电动势之差，C为NO2气体的浓度，b为工作曲线的截距)，重现性好，稳定性高。
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0022]本专利技术以SBA
‑
15作为模板利用硬模板法成功制备了具有有序二维孔道结构和高比表面积的介孔WO3粉体，利用共沉淀法制备GDC固体电解质，其高氧离子电导率降低了TPB的电荷转移电阻，增加了电流密度，从而降低传感器的测试温度，提高传感器的灵敏度；本专利技术所制得的传感器结构简单，灵敏度高，具有良好的稳定性和重复性，且本专利技术的制备工艺条件温和，成本低，便于集成化，可以大大提高传感器的生产效率。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例2制备的GDC固体电解质和介孔WO3敏感电极材料的 XRD图；
[0024]图2为本专利技术实施例2制备的GDC固体电解质表面的SEM图；
[0025]图3为本专利技术制备的NO2传感器的结构示意图；
[0026]图4为专利技术实施例2制备的NO2传感器测试温度为250℃下的工作曲线图；
[0027]图5为本专利技术实施例2制备的NO2传感器，测试温度为250℃下，30天内的重复性测试结果图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0029]实施例1
[0030]一种以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将钨源溶于溶剂中，加入介孔分子筛SBA
‑
15作模板剂，超声处理将孔道内气泡排出，室温下搅拌一段时间，所得混合物经干燥后煅烧，将煅烧后所得产物用过量HF溶液处理，去除SBA
‑
15模板，然后抽滤得到沉淀物，所得沉淀物经洗涤、烘干后即得介孔WO3粉体；步骤2：将步骤1所得的介孔WO3粉体和溶剂混合后得到WO3敏感电极浆料；步骤3：称取Gd2O3和Ce(NO3)3·
6H2O分别溶于硝酸和去离子水中，将得到的两种溶液混合均匀，再加入尿素溶液，得到混合溶液A；搅拌下往混合溶液A中滴加氨水，调节pH值至偏中性，然后加热搅拌反应，所得固体沉积物抽滤、洗涤、烘干后得到固态前驱物，将固态前驱物置于刚玉坩埚中焙烧得到GDC粉体；步骤4：将GDC粉体、溶剂、增塑剂和粘合剂球磨混合，球磨后静置排除浆料内的气泡，然后利用流延机流延成型，待其风干得到流延片，依次经过压制成膜、剪裁后烧结成陶瓷片，即得GDC电解质基片；步骤5：在GDC电解质基片的两面上分别制作Pt电极，Pt电极上分别连接铂丝导线，烘干后将其置于马弗炉中烧结，随炉降温后取出器件，然后采用步骤1所得的WO3敏感电极浆料在Pt电极上制备WO3敏感电极，使Pt电极完全被覆盖，所得试样烘干后煅烧，即得NO2气体传感器。2.如权利要求1所述的以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中硅钨酸、溶剂和SBA
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15模板剂的质量比为3～4:8～12:0.8～1.2，所述钨源为硅钨酸，所述溶剂为乙醇；所述煅烧的工艺条件为：在500～600℃下空气氛围中煅烧3～5小时。3.如权利要求1所述的以介孔WO3为敏感电极的高灵敏度电化学NO2气体传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中HF溶液的浓度为2～4mol/L，所述煅烧后所得产物与HF溶液的质量体积比为1g...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓虹，洪昕，靳晓健，刘东东，王界博，
申请(专利权)人：宁夏希虹新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：