【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体传感器领域，具体涉及一种空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料、气敏传感器及其制备方法，主要用于低浓度的工业丙酮检测以及糖尿病的诊断和监测。
技术介绍
1、气体传感器因其灵敏度高、反应速度快、制备简单、稳定性好、重现性好等优点，被认为是最有效的检测策略之一，广泛应用于工业安全、环境监测、食品安全、医疗诊断等领域，尤其适用于检测爆炸性、可燃性和有毒气体。丙酮是挥发性有机化合物之一，对环境和人体健康有重要影响。已有研究表明，173ppm以上的丙酮浓度会对人的眼、鼻、喉造成损伤，对中枢神经系统、肝脏和肾脏产生不良影响。同时，丙酮也是一种可燃气体，闪点低，自燃温度高。因此，监测环境中的丙酮浓度对于预防潜在危害至关重要。另一方面，丙酮一直被认为是高浓度脂肪燃烧的生物标志物，呼出的丙酮浓度可能与糖尿病患者的血糖水平相关。呼气中丙酮的浓度超过1.8ppm通常表明患糖尿病的风险较高，因为它与人体的葡萄糖代谢和碳水化合物消化有关。此外，当呼出气体中存在大量水分时，准确检测丙酮变得具有挑战性。因此，为了环境保护、安全和健康考虑，迫切需要精确和选择性地检测呼吸中低于1.8ppm的丙酮水平。使用气体传感器对丙酮进行实时、现场监测和明确识别是一个挑战。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料、气敏传感器及其制备方法，本专利技术的传感器基于co3o4/in2o3复合材料，具有高灵敏度和选择性，低检测极限，快速响应，良好长期稳定性，抗湿性的气敏性能，有望
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将硝酸铟分散于乙醇和二甲基甲酰胺中，经过持续搅拌后形成均匀溶液，将聚乙烯吡咯烷酮加入上述溶液中进一步搅拌，得到均匀透明的纺丝前驱体溶液；利用纺丝前驱体溶液通过静电纺丝法制备得到氧化铟纤维；
5、(2)称量部分氧化铟纤维加入至甲醇中，超声分散；然后加入硝酸钴，剧烈搅拌形成溶液a；将2-甲基咪唑分散于甲醇中，搅拌得到溶液b；
6、(3)取两份相同的溶液a，在超声处理下，向其中一份溶液a中加入溶液b，形成蓝紫色溶液，搅拌一段时间，加入另一份溶液a，得到混合溶液；
7、(4)将混合溶液转移至反应釜中，进行溶剂热反应，反应结束后，当反应釜冷却至室温时，将所得产物进行洗涤、干燥后得到mof复合氧化铟纳米纤维；
8、(5)将所得mof复合氧化铟纳米纤维，研磨成均匀粉末，煅烧得到空心mof衍生氧化钴复合氧化铟纳米纤维材料。
9、进一步的，步骤(1)中，所述的均匀溶液中硝酸铟的浓度为1:7～1:6mmol/g，其中溶剂无水乙醇和二甲基甲酰胺的质量比为1:5～1:3；所述的硝酸铟和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:4～1:2。这个比例可以保证静电纺丝挥发速率，不堵针，持续纺丝和纺丝纤维的均匀性。
10、进一步的，步骤(1)中，所述的静电纺丝法的具体步骤包括：
11、将纺丝前驱体溶液注射到注射器中，控制接收装置与注射器针头的距离，设置静电纺丝电压，进行静电纺丝收集纳米纤维；将所得的产物真空干燥后煅烧，得到氧化铟纤维。
12、进一步的，所述的静电纺丝参数为：10ml塑料注射器，22g钢针，铝箔的钢板与钢针之间的距离约为15cm，静电纺丝电压为14kv，保证静电纺丝的不间断进行。
13、进一步的，所述静电纺丝纤维的煅烧参数为：升温速率1℃/min，煅烧时间1～3h，煅烧温度450℃，这个温度可以使得pvp煅烧成为二氧化碳同时保证纳米纤维结构的完整。
14、进一步的，步骤(2)中，所述的溶液a中铟和钴的原子比例为4:1～2:1；所述的搅拌时间为20～60min；所述的步骤(2)和步骤(3)中超声时间的总和不超过10min。
15、进一步的，步骤(3)中，所述的洗涤为使用甲醇离心清洗三次，除去不必要的有机和无机杂质离子；所述的干燥为真空干燥。
16、进一步的，所述的溶剂热反应中，与co形成mof的配体为2-甲基咪唑；所述2-甲基咪唑的物质的量和甲醇的体积比为1:4～1:3mmol/ml，此浓度可以保证mof可以更好的附着在氧化铟纤维之上，同时保证形成均匀完整。
17、进一步的，步骤(4)中，所述的溶剂热反应的反应温度为90～150℃，反应时间为1～3h，确保mof与纤维完美复合。步骤(5)中，所述的煅烧参数为：升温速率1℃/min，煅烧时间1～3h，煅烧温度450～500℃，这个温度可以保证mof煅烧成空心结构并且保留十二面体形状的完整。
18、一种空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料，利用上述方法制得。所述的纳米纤维由大量氧化铟纳米晶粒组成，所述的空心mof衍生氧化物为zif-67衍生四氧化三钴，是空心十二面体结构，由许多小颗粒连接而成。
19、所述空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料用于300℃以下的选择性检测丙酮，对于50ppm丙酮的响应值为954，响应时间为4s。
20、一种气敏传感器，利用上述空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料作为敏感层材料。
21、上述气敏传感器用于工业丙酮检测以及糖尿病的诊断和监测。
22、传感器的制备及气体检测：
23、将合成的粉末样品分散在少量无水乙醇中，在玛瑙砂浆中形成糊状浆液，随后将其沉积在带有au陶瓷叉指电极上，以构建传感器。对获得的样品进行气敏测量，采用智能气敏分析系统cgs-mt进行检测。试验室内交替充入一定量的液态丙酮或干燥空气，并使用自动控制湿度的气液分配系统dgl-ⅴ。在典型的测试中，湿度由双流动态湿度发生器dhd-ⅱ动态控制。响应值定义为气体传感器在空气背景下的电阻ra与在目标气体丙酮环境下电阻rg之比。
24、本专利技术的有益效果如下：
25、(1)本专利技术提出的空心mof衍生氧化物复合纳米纤维作为气敏材料，具有高表面积和丰富的氧空位，其独特的纳米结构可以有效缩短气体扩散路径，诱导更多可逆的活性吸附/反应位点，对加速氧化还原反应和实现对丙酮的超灵敏响应做出了重要贡献。
26、(2)本专利技术的制备方法简单可控，工艺条件温和，能耗低，生产周期短，对设备要求低，对环境没有污染，其制备方法简便且成本低，适应大规模制备。
27、(3)本专利技术提供的空心mof衍生氧化物复合纳米纤维制得的气敏传感器可在300℃温度下，测试低浓度丙酮气体。合成的异质结构co3o4/in2o3传感器对丙酮气体的响应值高达(s＝954,50ppm)，比纯in2o3传感器高约26.5倍，响应速度4s。此外，基于co3o4/in2o3的传感器具有良好的选择性和超过60天的长期稳定性能，其性能的变化率约8.8％，基于co3o4/in2o3的传感器在低浓度下具有高响应值和低检测限(18.8ppb)，可用于糖尿病的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的均匀溶液中硝酸铟的浓度为1:7～1:6mmol/g，其中溶剂无水乙醇和二甲基甲酰胺的质量比为1:5～1:3；所述的硝酸铟和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:4～1:2。
3.根据权利要求1所述的空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的静电纺丝法的具体步骤包括：
4.根据权利要求1所述的空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的溶液A中铟和钴的原子比例为4:1～2:1；所述的搅拌时间为20～60min；所述的步骤(2)和步骤(3)中超声时间的总和不超过10min。
5.根据权利要求1所述的空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的洗涤为使用甲醇离心清洗三次；所述的干燥为真空干燥。
6.根据权利要求1所述的空心MOF衍生氧化物复合纳
7.根据权利要求1所述的空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的溶剂热反应的反应温度为90～150℃，反应时间为1～3h；步骤(5)中，所述的煅烧参数为：升温速率1℃/min，煅烧时间1～3h，煅烧温度450～500℃。
8.一种空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的方法制得，所述的纳米纤维由大量氧化铟纳米晶粒组成，所述的空心MOF衍生氧化物为ZIF-67衍生四氧化三钴，是空心十二面体结构，由许多小颗粒连接而成。
9.一种气敏传感器，其特征在于，利用如权利要求8所述的空心MOF衍生氧化物复合纳米纤维材料作为敏感层材料。
10.如权利要求9所述的气敏传感器，其特征在于，所述的传感器用于工业丙酮检测或用于糖尿病的诊断和监测。
...【技术特征摘要】
1.一种空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的均匀溶液中硝酸铟的浓度为1:7～1:6mmol/g，其中溶剂无水乙醇和二甲基甲酰胺的质量比为1:5～1:3；所述的硝酸铟和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:4～1:2。
3.根据权利要求1所述的空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的静电纺丝法的具体步骤包括：
4.根据权利要求1所述的空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的溶液a中铟和钴的原子比例为4:1～2:1；所述的搅拌时间为20～60min；所述的步骤(2)和步骤(3)中超声时间的总和不超过10min。
5.根据权利要求1所述的空心mof衍生氧化物复合纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的洗涤为使用甲醇离心清洗三次；所述的干燥为真空干燥。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽萍，武敬敏，张力元，蒋杰，叶志镇，
申请(专利权)人：浙江大学温州研究院，
类型：发明
国别省市：
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