【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体气敏元器件，特别涉及一种原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、全球对传统石油和天然气等化石燃料的依赖正在逐渐减少，能源转型成为一项重要议题。h2作为一种可再生的清洁能源，应用前景越来越受到关注。氢气在能源、化工、加氢处理、飞艇、焊接以及储存等领域都有广泛的应用。h2是一种无色、无味、无毒的气体，这些性质使其在使用或运输过程中泄漏难以被察觉。然而，需要注意的是，氢气是一种易燃易爆的气体，在浓度为4%~75%范围内具有高爆炸性。因此，及时、准确地检测氢气浓度对于保障人员和设备的安全至关重要。所以开发高效、可靠的氢气传感器具有重要意义。
2、化学电阻型气体传感器是通过表面材料与目标气体反应，使材料表面电阻发生而产生信号的元器件，由于其低成本、小型化和集成性的优势，被广泛应用于环境监测、汽车工业、气体运输医疗健康等领域。wo3是一种宽带隙（2.6~3.2 ev）的n型半导体材料，因其稳定性好、成本低、制备简易等优势而被广泛应用于气敏传感器。尽管wo3基h2传感器在实际应用中表现出部分应用价值，但其高的工作温度和差的选择性，极大地限制了其应用。因此，亟需开发出一种具有低工作温度、低检测浓度并具有快速响应恢复特性的wo3基h2气体传感器。
3、专利cn110487854a公开了一种介孔pdo-wo3复合电阻型薄膜及其制备方法，及其在h2检测中的应用，利用pd与w复合的介孔pdo-wo3薄膜氢气传感器相比于未复合的wo3薄膜氢气传感器灵敏度大幅提高，但是该复合
技术实现思路
1、针对传统的金属氧化物基h2传感器灵敏度较低、检出限较高、成本较高、响应时间和恢复时间较长的问题，本专利技术提出一种原位自组装果叶状pdo-wo3氢气传感器及其制备方法，该传感器敏感材料具有灵敏度高、响应恢复速度快和稳定性好等优点。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料，所述wo3为纳米片结构，厚度为40~60nm，宽度为250~400nm；所述pdo为粒径5~30nm的颗粒自组装形成的pdo团簇体，所述pdo团簇体的尺寸为0.6~1.5μm；所述pdo团簇体沿wo3纳米片生长形成果叶状pdo-wo3复合气敏材料。
4、进一步的，所述果叶状pdo-wo3复合气敏材料中pd的原子占pd和w原子总量的0.4~2.5at%。
5、进一步的，原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料的制备方法，包括如下步骤：
6、（1）向无水乙醇和水的混合溶剂中依次加入p123、wcl6，溶解完全，得混合溶液；
7、（2）将洁净的陶瓷管浸入步骤（1）的混合溶液中然后取出晾干，重复浸入晾干过程，随后将陶瓷管悬挂于聚四氟乙烯支架上，将其卡入聚四氟乙烯衬套中，使陶瓷管置于溶液中心位置，连同溶液一同转移至反应釜进行水热反应，所述水热反应的温度为120~170℃，反应时间为120~300min；待反应结束后，自然冷却，再将陶瓷管用无水乙醇和去离子水反复冲洗，烘干后进行退火处理，退火温度为300~450℃，保温时间2~4h；即可得到在陶瓷管表面原位自由生长的纳米wo3气敏材料；
8、（3）将pdcl2粉末超声溶解于ph为1~3的酸性水溶液中，得到pdcl2水溶液；所述搅拌时间为30 min，转速为300~700 r/min，超声时间为5~10 min；
9、（4）将步骤（2）生长有wo3片状材料的陶瓷管在步骤（3）的pdcl2水溶液中反复浸入和取出，随后陶瓷管于50~65℃烘干，该过程重复2~4次；
10、（5）将上述带有pdcl2-wo3的陶瓷管置于瓷舟中，在空气中进行退火处理，退火温度为400~600℃，升温速率为1~3℃/min，保温2~4h，自然冷却后即可得到自组装原位生长的pdo-wo3气敏材料。
11、优选的，所述步骤（1）中etoh：水体积比为6~150：1；p123：wcl6的质量比为1:2~4；p123在溶液中的浓度为7.7~13.7g/l。
12、优选的，所述步骤（2）中陶瓷管浸入的时间为2~3min，浸渍的次数为2~4次。
13、优选的，所述步骤（2）中烘干温度为50~60℃；退火升温程序为1~3℃/min，保温时间2~4h。
14、优选的，所述步骤（3）中pdcl2水溶液的浓度为0.25~4mm（mmol/l），调节ph所用试剂为浓盐酸或浓硝酸。
15、优选的，所述步骤（4）浸入取出程序为浸入1~3s，取出停滞1~3s再浸入的程序，重复30~50次。
16、优选的，采用上述原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料组装的气敏传感器。
17、优选的，所述的气敏传感器在h2检测中的应用。
18、果叶状pdo-wo3气敏传感器在h2检测中的工作原理为：
19、wo3作为n型半导体，pdo作为p型半导体。当两种材料相结合，在材料的交界处将形成p-n型异质结。由于两种材料功函数的不同（wo3约为5.2ev，pdo约为7.9ev），当两种材料接触后，材料表面电子将从功函数较低的材料流向功函数较高的材料（wo3表面流向pdo表面），形成电子耗尽层，这便是pdo的电子敏化效应。在空气中时，材料表面电子将与空气中的氧气分子结合形成氧负离子（o2-、o-或o2-）聚集于材料表面。当材料暴露在h2氛围中时，pdo对h2的催化行为，使h2分子可以分裂成h原子，即pdo的化学敏化作用。然后，h原子将与预吸附的氧离子发生化学反应，生成h2o。反应的发生会使化学吸收的氧所拥有的电子返回到wo3的导带中，从而导致电子耗尽层减小，材料表面电阻减小，响应值提高。
20、该果叶状pdo-wo3气敏传感器的形成特点如下：一方面由于wo3纳米片表面具有较多的不均匀缺陷，这些缺陷的存在不仅在传感器响应时提供更多的氧空位，而且为pdo的生长提供了丰富的位点。另一方面，实验中将wo3纳米片材料在pdcl2中多次浸渍，pd2+在wo3纳米片表面充分吸附，这为pdo的形成创造了条件。而且反复的浸渍过程导致pdcl2在wo3表面的多缺陷处自组装堆积，经煅烧后形成了果状形貌。由于pdo对h2的敏感性质，该pdo-wo3传感器在与h2接触后，pdo的果状堆积使得更多的h2（相较于单一颗粒）得以吸附在材料表面，使得材料的响应值极大程度的提高。
21、传感器的灵敏性的提高一方面由于pdo材料的h2敏感性质和小尺寸效应使得传感器在检测氢气中化学反应速度加快。另一方面由于wo3经水热反应在瓷管本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料，其特征在于：所述WO3为纳米片结构，厚度为40~60 nm，宽度为250~400nm；所述PdO为粒径5~30 nm的颗粒自组装形成的PdO团簇体，所述PdO团簇体的平均直径为0.6~1.5μm；所述PdO团簇体沿WO3纳米片生长形成果叶状PdO-WO3复合气敏材料。
2.根据权利要求1所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料，其特征在于：所述果叶状PdO-WO3复合气敏材料Pd的原子占Pd与W原子总量的0.4~2.5at%。
3.权利要求1或2所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中乙醇：水体积比为6~150：1；P123：WCl6的质量比为1:2~4；P123在溶液中的浓度为7.7~13.7g/L。
5.根据权利要求3所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中陶瓷管浸入的时
6.根据权利要求3所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中烘干温度为50~60℃；退火升温程序为1~3℃/min。
7.根据权利要求3所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中PdCl2水溶液的浓度为0.25~4 mmol/L，调节pH所用的试剂为浓盐酸或浓硝酸。
8.根据权利要求3所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）浸入取出程序为浸入1~3s，取出停滞1~3s再浸入的程序，重复30~50次。
9.采用权利要求1或2所述的原位自组装果叶状PdO-WO3复合气敏材料组装的气敏传感器。
10.权利要求9所述的气敏传感器在H2检测中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料，其特征在于：所述wo3为纳米片结构，厚度为40~60 nm，宽度为250~400nm；所述pdo为粒径5~30 nm的颗粒自组装形成的pdo团簇体，所述pdo团簇体的平均直径为0.6~1.5μm；所述pdo团簇体沿wo3纳米片生长形成果叶状pdo-wo3复合气敏材料。
2.根据权利要求1所述的原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料，其特征在于：所述果叶状pdo-wo3复合气敏材料pd的原子占pd与w原子总量的0.4~2.5at%。
3.权利要求1或2所述的原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的原位自组装果叶状pdo-wo3复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中乙醇：水体积比为6~150：1；p123：wcl6的质量比为1:2~4；p123在溶液中的浓度为7.7~13.7g/l。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：桂阳海，郭智荣，吴锦涛，郭会师，秦笑梅，田宽，秦肖雲，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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