一种UV辅助二氧化氮气敏传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种UV辅助二氧化氮气敏传感器及其制备方法和应用，属于气敏传感器技术领域，包括金属电极以及由g

【技术实现步骤摘要】
一种UV辅助二氧化氮气敏传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于气敏传感器
，具体涉及一种UV辅助二氧化氮气敏传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]NO2作为典型的大气污染物，它主要来源于工业废气和汽车尾气的排放等。NO2不仅形成具有极强破坏能力的酸雨，而且对人体呼吸系统和心血管系统造成极大危害，如哮喘和心肌梗死。因此，开发一种低成本，并且能够在室温对NO2检测具有快速响应和超快恢复的气体传感技术具有重要意义。
[0003]目前，用于NO2检测的气敏传感器中，最常见的是基于半导体金属氧化物材料制备的电阻式气敏传感器，这些材料最大的缺点是在较高的工作温度下才能工作，在造成功耗的同时极大地限制了其实际应用。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种UV辅助二氧化氮气敏传感器及其制备方法和应用，解决现有技术中用于NO2检测的气敏传感器存在的工作温度较高，功耗大，室温下脱附慢，对低浓度NO2气体检测响应值低的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种UV辅助二氧化氮气敏传感器，该UV辅助二氧化氮气敏传感器包括气体传感材料和金属电极；
[0007]所述气体传感材料为In/ZnO/g
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C3N4纳米复合材料，由g
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C3N4纳米片和生长在g
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C3N4纳米片表面的In/ZnO制成；
[0008]所述气体传感材料涂覆在金属电极表面。
[0009]优化地，通过UV辅助，能够在室温下检测到浓度为500～1ppb的NO2气体。
[0010]优化地，所述金属电极为陶瓷管电极。
[0011]本专利技术还公开了上述UV辅助二氧化氮气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、先通过中温烧结三聚氰胺，制得块体C3N4，再将块体C3N4置于水中超声分散，制得g
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C3N4；然后将硝酸铟、硝酸锌和g
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C3N4混合均匀后，进行水热反应，得到In/ZnO
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g/C3N4纳米复合材料；
[0013]S2、将步骤S1制得的In/ZnO/g
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C3N4纳米复合材料涂覆在金属电极表面后，进行退火处理，得到UV辅助NO2气敏传感器。
[0014]优化地，步骤S1中，所述硝酸铟：硝酸锌：g
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C3N4的质量比为(0.02～0.05)：(1.00～1.40)：(0.03～0.06)。
[0015]优化地，步骤S1中，所述烧结温度为400～800℃；超声分散时间为0.3～1h；超声功率为220～280W。
[0016]优化地，步骤S1中，所述水热反应的温度为150～200℃；时间为12～20h。
[0017]优化地，步骤S2中，所述退火处理的温度为300～600℃。
[0018]优化地，步骤S2中，所述退火处理的时间为1～3min。
[0019]本专利技术还公开了上述UV辅助二氧化氮气敏传感器在室温NO2气体检测中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术公开了一种UV辅助二氧化氮气敏传感器，包括气体传感材料和金属电极；气体传感材料是由g
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C3N4纳米片和生长在g
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C3N4纳米片表面的In/ZnO制成，ZnO与In掺杂后导电性明显提高，与具有光激活特性的g
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C3N4复合后，形成的In/ZnO/g
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C3N4在室温下具有更低、更稳定的电阻率。这是因为In的电负性(1.7)相较于Zn(1.6)大，不易形成氧化物，更利于以替换位的形式存在于晶格中，实现有效掺杂。低且稳定的电阻率有助于电荷的快速转移，是气体传感器克服高温工作的重要因素。In/ZnO生长在g
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C3N4表面，形成的生长痕迹使g
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C3N4表面更加粗糙，粗糙的表面进一步的增加了二维g
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C3N4纳米片的比表面积，更高的比表面积丰富了其表面的活性位点，有助于NO2的吸附，增加其响应值。此外具有UV激活特性的In/ZnO与g
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C3N4形成的异质结构，在UV间歇式工作下(吸附气体前/后，分别用UV激发)，实现所吸附NO2的快速清洁作用，这同样是优越的气敏特性的重要特质。因此，本申请制得的In/ZnO/g
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C3N4纳米复合材料克服了大多数气体传感材料工作温度高这一不足，在室温下即可检测NO2，功耗低，对NO2的检测还具有稳定性和重复性好，工作温度范围较广等优点。In/ZnO
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g/C3N4纳米复合材料涂覆在金属电极表面，使UV辅助NO2气敏传感器具有良好的化学稳定性，传感过程完全可逆，在UV辅助下能实现在室温下超快脱附，且对低浓度NO2气体检测具有高响应值。
[0022]进一步地，通过UV辅助，对NO2气体的响应值有了极大地提高，能够在室温下检测浓度为500～1ppb的NO2，对低浓度NO2有优异的气敏性能和较高的特异性，响应时间短，且恢复超快。
[0023]进一步地，金属电极为陶瓷管电极，与气敏传感材料接触性较好，陶瓷管电极作为旁热式电极，是采用旁热式中层的加热方式，具有快速升温(高温)退火的作用，且制备气体传感器过程简单。
[0024]本专利技术还公开了上述UV辅助二氧化氮气敏传感器的制备方法，第一，通过简单的烧结和超声剥离两步法制备二维g
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C3N4纳米材料；二维纳米材料具有比表面积大的优点，以二维g
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C3N4为模板制备二维纳米复合材料是优化传感性能的重要策略。第二，通过In掺杂ZnO，并生长在二维g
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C3N4纳米片表面，形成In/ZnO
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g
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C3N4纳米复合材料；由于In在ZnO晶格的有效掺杂，并且生长在二维g
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C3N4表面，这一策略进一步增加了二维g
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C3N4的比表面积，同时复合后的In/ZnO/g
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C3N4纳米复合材料在UV激发下，明显表现出优异的气敏性能，也克服了大多数气体传感材料工作温度高这一不足，在实际场景的应用中能体现出更多的选择、更强的实用性。第三，本专利技术在NO2气敏传感器的制备过程中，采用快速退火工艺完成In/ZnO
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g
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C3N4纳米复合材料的制备；快速高温退火有助于保证其微观形貌结构不被破坏，同时还能去除气敏传感材料中的结晶水和有机基团，起到延长寿命的作用。整个制备过程简单易行，耗能低，价格低廉，满足商业NO2传感器的需求，为室温NO2气体传感器的设计提供了新的思路。
[0025]本专利技术还公开了上述UV辅助二氧化氮气敏传感器在室温NO2气体检测中的应用，在应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UV辅助二氧化氮气敏传感器，其特征在于，该UV辅助二氧化氮气敏传感器包括气体传感材料和金属电极；所述气体传感材料为In/ZnO/g
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C3N4纳米复合材料，由g
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C3N4纳米片和生长在g
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C3N4纳米片表面的In/ZnO制成；所述气体传感材料涂覆在金属电极表面。2.根据权利要求1所述的UV辅助二氧化氮气敏传感器，其特征在于，通过UV辅助，能够在室温下检测到浓度为500～1ppb的NO2气体。3.根据权利要求1所述的UV辅助NO2气敏传感器，其特征在于，所述金属电极为陶瓷管电极。4.一种如权利要求1～3任意一项所述的UV辅助二氧化氮气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、先通过中温烧结三聚氰胺，制得块体C3N4，再将块体C3N4置于水中超声分散，制得g
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C3N4；然后将硝酸铟、硝酸锌和g
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C3N4混合均匀后，进行水热反应，得到In/ZnO
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g/C3N4纳米复合材料；S2、将步骤S1制得的In/ZnO/...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛万银，赵虎，王朋涛，黎茜，白嘉璇，康博学，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：