一种检测H2S的光诱导-热催化-化学发光分析方法技术

本发明专利技术提供了一种基于Z型异质结Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O

【技术实现步骤摘要】
一种检测H2S的光诱导
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热催化
‑
化学发光分析方法


[0001]本专利技术属于传感
，具体涉及一种利用Z型异质结Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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半导体作为传感材料，建立的一种光诱导
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热催化
‑
化学发光高效检测硫化氢的分析方法。

技术介绍

[0002]催化发光(CTL)，作为化学发光的一种，是化合物在气固界面的催化氧化反应中产生的发光现象。基于该转导原理所构建的气体传感器由于小型化、快速响应、高选择性和低成本等优点被广泛应用于有毒有害气体的检测与识别，为解决环境问题、质量监测、催化剂评价和临床诊断做出了重要贡献。然而在上述的应用领域，对更高的灵敏度、准确性、稳定性等分析性能有着越来越高要求。
[0003]为了追求反应效率和高灵敏度检测，探索分子预活化辅助技术和开发高活性纳米材料是两大主要策略。例如，介质阻挡放电技术、紫外辅助技术和光催化辅助技术与CTL体系的结合，可活化检测物分子或氧化剂，提高气体分子的氧化反应性，提升检测性能。同时，催化剂作为传感材料，在CTL体系中起着关键作用，其组成、结构和形貌对催化反应机理和反应效率有重要影响。例如，利用发光稀土离子Eu
3+
和Tb
3+
的特殊性质，开发了具有独特传感机制的能量转移CTL体系，实现对气体分子的高灵敏度检测以及对相似化合物的快速识别。因此，有理由相信，创新型CTL传感体系与先进传感材料的有效结合，无疑将是提高气体化合物分析传感性能的有力分析策略。
[0004]目前，Z型异质结因其独特的电荷分离效率和转移路径成为一种新兴的光热催化剂。其中贵金属粒子作为电子转移介质能够有效地转移和分离光生电荷，也是潜在的热催化剂，同时贵金属NPs的LSPR吸收有利于提高光利用效率，诱导热电子
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空穴对的产生，使其与光生空穴
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电子结合，实现光诱导电荷的空间分离，这一特质可充分被CTL体系的热反应条件所利用。考虑到热对光致电荷转移的积极作用和传感材料的热催化活性，Z型异质结半导体通过LED辐照产生光致电子空穴对，然后利用热能来减缓电子空穴对的复合，从而提高材料的电子传递能力。在此基础上，可尝试将先进的Z型异质结光热催化剂和光诱导策略引入到CTL体系中，以促进目标化合物的催化氧化过程，增强CTL行为。
[0005]本专利技术合成了Z型异质结催化剂Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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作为CTL传感器的传感材料：Ag3PO4具有高效的可见光响应，其稳定性问题可以通过异质结结构得到缓解，Ag纳米颗粒具有优越的电子捕获能力和SPR效应，有利于电荷转移和分离以及氧物种的产生，选用具有合适带隙结构和良好热稳定性的钙钛矿半导体Bi4Ti3O
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通过Ag纳米颗粒桥接与Ag3PO4构建Z型异质结半导体催化剂Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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。利用所合成材料独特的电子传递路径和增强的电子分离与转移能力，进一步专利技术了一种光诱导热催化化学发光分析方法。本专利技术不仅充分结合材料特性设计了一种新颖高效的光诱导热催化化学发光分析方法，也为H2S的检测提供了一种高灵敏、高选择性、快速响应和长期稳定的传感分析方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种基于Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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纳米材料的光诱导
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热催化
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化学发光检测硫化氢的分析方法。
[0007]本专利技术的原理是：Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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作为Z型异质结半导体材料在LED灯的照射激发下其价带中的电子跃迁至导带产生光生电子空穴对，Z型异质结特殊的电子传输路径使电子和空穴分别在Bi4Ti3O
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和Ag3PO4上积累，Ag纳米颗粒的LSPR作用进一步抑制光生电子空穴对的复合；而热能除了作为催化氧化条件外对光生电子空穴分离有积极作用，因此可通过促进材料内部及材料界面的电子转移能力，促进材料表面化学吸附的硫化氢和氧气的催化氧化过程，进而实现硫化氢催化发光信号的提升。根据CTL响应信号与化合物浓度的线性关系可实现对硫化氢的定量分析。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术利用的光诱导
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热催化
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化学发光传感装置包括光诱导装置、进样装置、反应装置和检测装置：功率为5 W，波长为365 nm的LED灯珠作为光诱导装置；进样装置的主要作用是通过微量注射器将硫化氢气体引入载气通路，由载气驱动进入反应装置；自制的石英管(100 mm
×
10 mm)与插入其中的涂覆了传感材料的圆柱陶瓷加热棒提供气体催化氧化的反应场所作为反应装置；反应产生的发光信号由配有光电倍增管的BPCL超弱发光分析仪监测；由电脑进行数据分析和处理。
[0009]本专利技术中的传感材料是Z型异质结Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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催化剂，具体的合成方法如下：Bi4Ti3O
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首先通过溶胶凝胶法和水热法处理得到，0.02 mol硝酸铋溶于15 mL乙酸中作为A溶液，0.15 mol钛酸四丁酯溶于15 ml乙二醇甲醚中作为B溶液，室温搅拌均匀；溶液B缓慢加入溶液A并继续搅拌2 h得到均匀的溶胶，再加入10 mL醋酸和10 mL乙二醇甲醚，80 °
C加热8 h得到干凝胶；加入75 mL 3 M NaOH溶液到100 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在200
°
C温度下水热处理12 h，在室温下冷却、过滤、洗涤和干燥得到Bi4Ti3O
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；取1.2 mmol Bi4Ti3O
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加入10 mL Ag(NH3)2OH中，搅拌30 min，再加入20 mL 1.65 mol/L葡萄糖溶液，分离、洗涤、干燥，进一步合成样品Ag/Bi4Ti3O
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；取0.8 mmol Ag/Bi4Ti3O
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加入30 mL Na2HPO4溶液充分搅拌，滴入15 mL 0.03 mol/LAgNO3溶液，持续搅拌，分离、洗涤、干燥，得到最终产物Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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。
[0010]基于光诱导
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热催化
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化学发光法检测硫化氢的具体实施条件为：通过电源开关控制LED灯使其对Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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传感材料持续照射激发2 min，关闭LED光源后，以微量注射器注入硫化氢气体进入流速为150 mL/min的空气载气通路，由载气携带硫化氢气体进入石英反应池内，在工作温度为230
°
C 的Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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传感材料表面发生催化氧化反应，由配置了光电倍增管的BPCL超弱发光分析仪捕获发光信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测硫化氢的Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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催化发光材料的制备方法，其特征在于：所述纳米材料以硝酸铋、钛酸四丁酯、银氨溶液、磷酸氢二钠和硝酸银为原料制备而成，具体合成过程为：（1）0.02 mol 硝酸铋溶于15 mL乙酸中作为A溶液，0.15 mol 钛酸四丁酯溶于15 mL乙二醇甲醚中作为B溶液，室温搅拌；（2）将溶液B缓慢加入溶液A中持续搅拌2 h得到均匀的溶胶，再加入10 mL醋酸和10 mL乙二醇甲醚，80 °
C加热8 h得到干凝胶；（3）加入75 mL 3 M NaOH溶液到100毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在200 °
C条件下水热处理12 h，在室温下冷却、过滤、洗涤和干燥得到Bi4Ti3O
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；（4）1.2 mmol Bi4Ti3O
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加入10 mL Ag(NH3)2OH中，搅拌30 min，再加入20 mL 1.65 mol/L葡萄糖溶液，分离、洗涤、干燥，进一步合成样品Ag/Bi4Ti3O
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；（5）取0.8 mmol Ag/Bi4Ti3O
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加入30 mL Na2HPO4溶液充分搅拌，滴入15 mL 0.03 mol/L AgNO3溶液，持续搅拌，分离、洗涤、干燥，得到产物Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所合成的Ag3PO4/Ag/Bi4Ti3O
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是Z型异质结半导体，为片状结构堆叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕弋，胡加西，张立春，宋红杰，刘睿，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：