【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体敏感材料与电化学器件，具体涉及一种用于电阻式氢气传感器的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料、制备方法及在氢气传感方面的应用。所述au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料为一种用于半导体氧化物(mos)基电阻式氢气传感器的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花三元材料。
技术介绍
1、随着现代化进程的不断发展，社会前进带来的能源短缺和环境污染问题日趋严重并得到了广泛的关注，由此衍生出了可持续发展的理念。氢能，作为一种清洁高效的可替代能源备受瞩目。相比于其他的可燃性气体，例如甲烷、丙烷、石油气等，其燃烧过程除了产生水和可忽略不计的氮化氢以外，不会产生额外的环境污染物质，因此氢能的使用也有利于减少温室气体排放所带来的负面影响。目前，氢能已被广泛应用于航空航天、交通运输、核能等领域，具有着广阔的应用前景和发展潜力。值得注意的是，氢气作为氢能的主要存在形式，其在生产、储存、运输和应用等相关环节中均存在着泄漏、燃烧和爆炸的风险，由于氢气具有在空气中扩散迅速的特点，其一旦发生泄漏会迅速与氧气形成爆炸性混合气体，引发相关安全问题。除此之外，氢气作为一种典型化学反应中的常见产物，也可以用于衡量相关反应是否进行以及反应程度的衡量指标，例如锂离子电池的热失控过程，该过程中会释放出可燃性气体，例如h2、ch4等。然而，无色无味的特殊性质使得氢气的存在很难被人类的感官所察觉，为了进一步解决上述情况所引发的安全问题，对于精确快速的氢气探测设备的需求应运而生。其中，金属氧化物半导体传感器作为最早被商用的氢气传感器之一，因其具
2、氧化铟(in2o3)作为一种典型的n型半导体材料，在常温下具有3.6ev的宽禁带，其良好的导电性、优异的催化特性以及高稳定性使其在光电、催化、气体传感等领域应用广泛，尤其是在气体传感领域，材料对于co、no2、c2h5oh以及h2等气体的响应特性均得到了广泛的研究和报道，反映出该材料在气体传感领域的广阔前景。然而，在对前人研究的调研过程中发现，传统单一的in2o3材料在对于氢气的响应特性方面往往存在着响应值不够高、响应恢复时间较长、工作温度较高、长期稳定性较弱以及对氢气的选择性不佳等问题和缺陷，在实际应用过程中难以满足保障氢安全大环境下对于精准快速的氢气检测技术手段的要求，因此，在此基础之上对传统单一的金属氧化物半导体材料进行改性以获得更好的气敏性能成为了研发高性能先进氢气传感器的重要途径。
3、结合机理研究和实验发现，对于in2o3材料的改性可以通过改善微观形貌及结构、贵金属掺杂、构建异质结等手段实现。在贵金属掺杂方面，双金属催化剂能够通过相互之间的合金效用和协同作用有效地改善基底材料的气体传感性能。pt是一种公认的对于氢气具有良好催化效果的高活性催化剂，但其对于氢气的不可逆吸附导致了其对于氢气的响应特性较弱；而au则是一种具有长期稳定性和活性的具有较强电子亲和力的催化剂，它对于氢气吸附过程的促进作用较弱。相比于单金属催化，au-pt双金属催化剂能够做到取长补短，从而提高对于氢气的催化能力、选择性以及耐用性。目前国内针对气体传感材料改性主要针对于单一贵金属掺杂或其他元素掺杂，鲜有以提高氢气传感性能为目的进行的双金属催化剂修饰的金属氧化物半导体复合材料的开发。
4、本专利技术从扩大传感器实际应用范围的角度出发，以提高传感器氢气传感性能为最终目的，兼顾制备过程简单以满足工业化生产和降低工作温度以减少安全隐患等需求，结合机理研究与实验设计，提出一种用于mos基电阻式氢气传感器的au-pt双金属共修饰的纳米花三元材料制备方法，对传统单一的金属氧化物半导体材料从微观形貌和双金属催化角度进行改性，成功实现了提高氢气响应、缩短响应恢复时间、降低工作温度以及提高对氢气选择性的预期效果。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于电阻式氢气传感器的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料、制备方法及在氢气传感方面的应用。所述的制备方法为一种简单的无模板水热合成方法，同时采用au和pt两种贵金属元素作为实现协同催化作用的掺杂剂，在金属氧化物半导体材料in2o3作为核心基底材料的基础上，采用无模板溶剂热的方法合成前驱体，通过洗涤、烧结等一系列后续处理得到了一种au-pt双金属催化剂共修饰in2o3金属氧化物半导体基底的纳米花状三元复合材料，对传统单一的金属氧化物半导体材料从微观形貌和双金属催化角度进行改性，成功实现了提高氢气响应、缩短响应恢复时间、降低工作温度以及提高对氢气选择性的预期效果，为以in2o3为基底材料的高性能电阻式氢气传感器的制备提供一种新方法。
2、本专利技术首先提出一种au-pt双金属催化剂共修饰in2o3金属氧化物半导体基底的纳米花状三元复合材料，所述材料形貌为由具有孔隙结构的纳米片组成的具有珊瑚礁裂缝形状和沟壑表面的纳米花结构，催化金属au和pt分布在氧化铟纳米花的表面和内部。
3、本专利技术采用以下技术方案：
4、一种用于电阻式氢气传感器的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料，所述材料形貌为微米级au-pt双金属催化剂共修饰的氧化铟纳米花结构，其中金和铂两种贵金属元素通过水热方法掺杂进入氧化铟纳米花晶格，并均匀分散。优选地，以au-pt双金属共修饰的的in2o3纳米花材料的总质量计，au的质量百分含量为3～6％，pt的质量百分含量为0.1～2％；优选地，余量为in2o3纳米花；优选地，in2o3纳米花的直径为1.2～1.6μm。例如，in2o3纳米花的直径为1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm或1.6μm。
5、例如，以au-pt双金属共修饰的的in2o3纳米花材料的总质量计，au的质量百分含量为3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、34％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％、5.2％、5.4％、5.6％、5.8％或6％。例如，以au-pt双金属共修饰的的in2o3纳米花材料的总质量计，pt的质量百分含量为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％。
6、如上所述的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料的制备方法，包括以下步骤：
7、步骤1：将尿素、十二烷基硫酸钠和铟盐，加入去离子水中，搅拌，在40～60℃(例如40℃、45℃、50℃、55℃或60℃)条件下反应，获得均匀的白色悬浊液；
8、步骤2：在惰性氛围中称取氯铂酸和氯金酸，然后加入白色悬浊液中，持续搅拌直至混合均匀，得到均匀的黄色悬浊液；
9、步骤3：将均匀的黄色悬浊液转移到水热釜中反应器中，确认密封后，在140～200℃(例如，140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电阻式氢气传感器的Au-Pt双金属共修饰的In2O3纳米花材料，其特征在于：所述材料形貌为微米级Au-Pt双金属催化剂共修饰的氧化铟纳米花结构，其中金和铂两种贵金属元素通过水热方法掺杂进入氧化铟纳米花晶格，并均匀分散；优选地，以Au-Pt双金属共修饰的的In2O3纳米花材料的总质量计，Au的质量百分含量为3～6％，Pt的质量百分含量为0.1～2％；优选地，余量为In2O3纳米花；优选地，In2O3纳米花的直径为1.2～1.6μm。
2.权利要求1所述的Au-Pt双金属共修饰的In2O3纳米花材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
6.权利要求1所述的纳米花材料或者权利要求2-5任一项所述的方法制备的纳米花材料在氢气传感方面的应用，其特征在于：以Al2O3作为平面基底，通过厚膜丝印工艺在其上形成金叉指电极，所制备的纳米复合材料均匀涂覆于金叉指电极上，金叉指电极两端连
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：同时使用Au和Pt作为对氢气的选择性增强元素，利用两种元素之间的协同作用改善核心敏感金属氧化物半导体材料In2O3的形貌，合成一种可用于氢气传感器的高性能Au-Pt双金属共修饰的In2O3纳米花复合材料复合材料，基于此制备高性能氢气传感器，应用于氢气气体探测。
...【技术特征摘要】
1.一种用于电阻式氢气传感器的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料，其特征在于：所述材料形貌为微米级au-pt双金属催化剂共修饰的氧化铟纳米花结构，其中金和铂两种贵金属元素通过水热方法掺杂进入氧化铟纳米花晶格，并均匀分散；优选地，以au-pt双金属共修饰的的in2o3纳米花材料的总质量计，au的质量百分含量为3～6％，pt的质量百分含量为0.1～2％；优选地，余量为in2o3纳米花；优选地，in2o3纳米花的直径为1.2～1.6μm。
2.权利要求1所述的au-pt双金属共修饰的in2o3纳米花材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙金华，王灏雯，段佩玉，金凯强，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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