基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器及其制备方法，以具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料作为敏感材料，并滴涂在叉指电极上形成敏感层制备气体传感器，并在气体传感器上方设置光源，对气体传感器发出420nm波长的光，外加光场调制增强了传感器对NO2的响应并且抑制了传感器对NH3等干扰气体的响应，从而实现对Au/SnS2气体传感器选择性的增强。气体传感器选择性的增强。气体传感器选择性的增强。

【技术实现步骤摘要】
基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及NO2气体传感器
，具体而言涉及一种基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化氮(NO2)是破坏环境、危害人类生命健康的主要污染源之一，NO2不仅会在一定条件下形成光化学烟雾及酸雨，破坏生态系统。而且长期暴露于NO2环境中会增加人体患病几率，危害人体健康。由于环境中有毒有害气体种类繁多，传感器对不同气体之间存在交叉响应，难以在复杂气体环境下实现目标气体高选择特异性的识别是当前气体传感领域的技术难题。因此，研发高性能的气体传感器用于NO2气体的高选择性检测具有重要的实际应用价值。
[0003]目前的传感器技术当中，应用较广的主要是以金属氧化物半导体为敏感材料制备的气体传感器。例如，公开号CN113125385A的中国专利公开了一种基于Au@MoS2的局域表面等离子体增强的NO2气体传感器及其制备方法，通过引入金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)效应，研制了一种检测限低、抗湿干扰性强的可见光辅助MoS2气体传感器，提升光辅助气体传感器的气敏性能和检测精度。但该传感器主要利用金纳米粒子在外加光场作用下激发的LSPR效应，增强气体传感器对NO2气体响应能力，并未涉及针对其气敏选择特性的调控。
[0004]SnS2敏感材料具有良好的电子传输特性与丰富的分子活性位点，使其不仅对容易得电子氧化性气体(如NO2)敏感，而且对较易失电子的还原性气体(如NH3、VOCs)也具有响应能力。但受限于气体间的交叉敏感性，SnS2基气体传感器在复杂气氛环境下检测NO2气体时选择特性较差，仍然无法满足高精度检测的应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器及其制备方法，通过引入了可见光调控气体分子在敏感材料表面吸附与反应行为，发展光场调控的气体检测技术，实现室温检测模式下对NO2气体的高灵敏检测和特异性识别。
[0006]第一方面，本专利技术涉及一种基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器，包括由具有多个叉指电极的Al2O3衬底和叉指电极上的敏感材料组成的气体传感器，所述气体传感器的上方设有光源，用于在检测时面向气体传感器发出420nm波长范围的光，提供可见光调制环境，通过在420nm下的可见光调制下，实现在NO2与NH3混合气体中气体传感器对NO2的选择性探测；
[0007]其中，所述敏感材料为具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料。
[0008]在可选的实施方式中，具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料包括呈现六方相的
片状结构的SnS2纳米片，所述SnS2纳米片表面附着Au纳米颗粒，形成异质结。
[0009]在可选的实施方式中，所述Au纳米颗粒的直径为5nm。
[0010]第二方面，本专利技术涉及一种前述基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0011]制备SnS2纳米片，所制备的SnS2纳米片呈现六方相的片状结构；
[0012]用Au纳米粒子对SnS2纳米片进行修饰，得到具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料；
[0013]以异质结构的Au/SnS2作为敏感材料制备敏感膜，具体包括：将Au/SnS2粉末分散在无水乙醇中制成分散液，然后在具有多个叉指电极的Al2O3衬底上滴涂所述分散液，干燥后在叉指电极上形成敏感膜，制备出以Au/SnS2作为敏感材料的气体传感器；
[0014]在气体传感器的上方设置光源，用于在检测时面向气体传感器发出420nm波长范围的光，提供可见光调制环境，通过在420nm下的可见光调制下，实现在NO2与NH3混合气体中气体传感器对NO2的选择性探测。
[0015]在可选的实施方式中，所述SnS2纳米片的制备过程包括：
[0016]步骤1
‑
1、将五水氯化锡(SnCl4·
5H2O)和硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶于电阻率>18.2MΩ
·
cm超纯水中；
[0017]步骤1
‑
2、在室温环境下将混合溶液磁力搅拌30min，从而得到透明均相溶液；
[0018]步骤1
‑
3、将所得的均相溶液超声振荡20min；
[0019]步骤1
‑
4、将溶液转移到聚四氟乙烯的特氟龙高压反应釜中，在真空加热箱中以200℃的温度加热12h；
[0020]步骤1
‑
5、等待反应釜中的溶液冷却至室温后，使用离心机在5500rad/min的速度下对溶液进行离心3min，再将获得的沉淀用去离子水与乙醇清洗；
[0021]步骤1
‑
6、把黄色沉淀放置到真空干燥箱中，在60℃温度下放置8h，最终得到SnS2纳米片具有六方相片状，呈黄色粉末状。
[0022]在可选的实施方式中，所述异质结构的Au/SnS2制备过程包括：
[0023]步骤2
‑
1、将制备好的SnS2纳米片溶于电阻率>18.2MΩ
·
cm超纯水中；
[0024]步骤2
‑
2、将溶液超声振荡10min；
[0025]步骤2
‑
3、加入HAuCl4溶液，搅拌并加热至沸腾；
[0026]步骤2
‑
4、沸腾后加入柠檬酸钠三水合物，加热10min后，停止加热并等待冷却至室温；
[0027]步骤2
‑
5、用去离子水和无水乙醇洗涤3～4次；
[0028]步骤2
‑
6、最后将得到的墨绿色沉淀放置到真空干燥箱中，以60℃的温度干燥8h，最终得到异质结构的Au/SnS2，呈墨绿色粉末状。
[0029]在可选的实施方式中，所述Au/SnS2呈现六方相片状，并且在其表面附着Au纳米颗粒，形成异质结；所述Au纳米颗粒的直径为5nm。
[0030]在可选的实施方式中，所述叉指电极的叉指间的间距为200微米。
[0031]在可选的实施方式中，在制备敏感膜过程中，采用多次重复滴涂和干燥的方式，形成最终的敏感膜。
[0032]在可选的实施方式中，将气体传感器，以及气体传感器上方的光源装配于壳体中，
所述壳体的侧面设有用于供气体流过的通道。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的显著的有益效果在于：
[0034]本专利技术的NO2传感器，将气体选择性差的SnS2二维纳米片通过与金纳米粒子形成异质结，成功制备了基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器，通过采用Au修饰SnS2获得异质结构的Au/SnS2，将其作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器，其特征在于，包括由具有多个叉指电极的Al2O3衬底和叉指电极上的敏感材料组成的气体传感器，所述气体传感器的上方设有光源，用于在检测时面向气体传感器发出420nm波长范围的光，提供可见光调制环境，通过在420nm下的可见光调制下，实现在NO2与NH3混合气体中气体传感器对NO2的选择性探测；其中，所述敏感材料为具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器，其特征在于，具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料包括呈现六方相的片状结构的SnS2纳米片，所述SnS2纳米片表面附着Au纳米颗粒，形成异质结。3.根据权利要求1所述的基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器，其特征在于，所述Au纳米颗粒的直径为5nm。4.一种权利要求1
‑
3中任意一项所述的基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备SnS2纳米片，所制备的SnS2纳米片呈现六方相的片状结构；用Au纳米粒子对SnS2纳米片进行修饰，得到具有异质结构的Au/SnS2纳米复合材料；以异质结构的Au/SnS2作为敏感材料制备敏感膜，具体包括：将Au/SnS2粉末分散在无水乙醇中制成分散液，然后在具有多个叉指电极的Al2O3衬底上滴涂所述分散液，干燥后在叉指电极上形成敏感膜，制备出以Au/SnS2作为敏感材料的气体传感器；在气体传感器的上方设置光源，用于在检测时面向气体传感器发出420nm波长范围的光，提供可见光调制环境，通过在420nm下的可见光调制下，实现在NO2与NH3混合气体中气体传感器对NO2的选择性探测。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述SnS2纳米片的制备过程包括：步骤1
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1、将五水氯化锡(SnCl4·
5H2O)和硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶于电阻率>18.2MΩ
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cm超纯水中；步骤1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金勇，罗顺华，张佳伟，张勇，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：