一种用于检测H2S气体的气敏传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于检测H2S气体的气敏传感器，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过水热法制备MoO3纳米颗粒；S2：通过水热法将MoO3纳米颗粒与CuO纳米颗粒复合得到MoO3/CuO复合材料，通过水热法将MoO3/CuO复合材料与g

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测H2S气体的气敏传感器


[0001]本专利技术涉及气体检测领域，尤其是指一种用于检测H2S气体的气敏传感器。

技术介绍

[0002]硫化氢(H2S)作为有害气体之一，其主要与地热活动(如原油、天然气和温泉)和下水道、畜牧场、废水处理厂、垃圾填埋场和藻类的有机分解有关。低浓度的H2S将导致严重的损害，如恶心、失去嗅觉、严重的肺部、鼻子和喉咙的刺激，甚至是死亡。
[0003]根据有关规定，人体在8小时内H2S的最大可接受浓度为20ppm，而使用气体传感器来检测生物标志物是一个新的研究方向。例如，检测呼出气体中的H2S生物标志物可用于间接诊断人体口臭。然而，这需要H2S传感器具有非常高的选择性，以及在ppb级或检测下限(LOD)的高响应。金属氧化物半导体(MOS)气体传感器，如ZnO、SnO2、CuO、WO3、Fe2O3和MoO3，由于成本低、容易制备和结构简单，被广泛用于检测H2S。然而，上述基于传统金属氧化物半导体材料的H2S气体传感器存在低响应、高操作温度、选择性差和较高的LOD的缺陷。
[0004]针对上述问题，中国专利文献公开了一种基于金属氧化物半导体薄膜纳米材料的H2S气体传感器及其制备方法(申请号为201910083504.7)，其具体公开了在氧化铝陶瓷衬底的金叉指电极上制备种子层，在种子层的基础上采用电化学沉积的方法，将金属材料沉积在电极上，热退火后得到金属氧化物半导体薄膜材料。以制备的NiO/CuO薄膜纳米材料为例，对低浓度的H2S气体表现出较高的响应，在检测H2S含量方面有很好的应用前景。在该专利中采用多种金属材料复合的方式制备用于检测H2S气体的气敏传感器，以提高对H2S的灵敏度和响应度，但该气敏传感器无法在常温环境中使用，其最适检测温度为125℃，因此使用受限。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种用于检测H2S气体的气敏传感器，克服现有的气敏传感器无法在常温条件下使用的缺陷。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种用于检测H2S气体的气敏传感器，包括以下步骤：
[0008]S1：通过水热法制备MoO3纳米颗粒；
[0009]S2：通过水热法将MoO3纳米颗粒与CuO纳米颗粒复合得到MoO3/CuO复合材料，通过水热法将MoO3/CuO复合材料与g
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C3N4纳米颗粒复合，得到带有介孔结构的MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料；
[0010]S3：将MoO3/CuO/g
‑
C3N4复合材料的粉末分散于乙醇溶液中并进行超声处理，得到分散液；
[0011]将分散液滴铸于SiO2/Si衬底的Au/Cr叉指电极上，经过加热干燥后形成敏感层，制备出MoO3/CuO/g
‑
C3N4复合材料气敏传感器。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用水热法合成了具有更大的比表面积和介孔结
构的MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料，通过MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料制备得到的气敏传感器对H2S气体有显著的选择性，并且大大提升了对H2S气体的检测能力。该气敏传感器能够在室温下对H2S进行检测，并且当该气敏传感器在室温下对1000ppb H2S的最高响应度可达8.24，是MoO3/CuO(6.28)的响应度的1.31倍，该传感器的理论检测限低至1.1ppb，并在连续测试5周后仍能保持高响应，同时在较高的相对湿度下也能保持优秀的工作性能。
附图说明
[0013]图1为MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料的合成过程示意图；
[0014]图2中(a)为g
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C3N4、CuO、MoO3、MC
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2和MCC
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2的XRD图；(b)为g
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C3N4和MCC
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2的FT
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IR光谱图；
[0015]图3中(a)和(b)为MC
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2气敏传感器的低倍和高倍SEM图像，(c)
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(d)MCC
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2气敏传感器的低倍和高倍SEM图像；
[0016]图4中(a)
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(c)为MC
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2的TEM和HRTEM图像,(d)
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(f)为MCC
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2的TEM和HRTEM图像；
[0017]图5中(a)和(b)分别为MoO3的TEM和HRTEM图像，(c)和(d)分别为CuO的TEM和HRTEM图像，(e)和(f)分别为g
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C3N4的TEM和HRTEM图像；
[0018]图6中(a)为g
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C3N4、MoO3、MC
‑
2和MCC
‑
2的全光谱，(b)为Mo的XPS图谱，(c)为O的XPS图谱，(d)为Cu的XPS图谱，(e)为C的XPS图谱，(f)为N的XPS图谱；
[0019]图7中(a)为MoO3的Mo 3dXPS光谱图，(b)为MoO3的O 3d XPS光谱；
[0020]图8中(a)为MC
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2的N2吸附
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解吸等温线(插图为孔径分布曲线)，(b)为MCC
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2的N2吸附
‑
解吸等温线(插图为孔径分布曲线)；
[0021]图9为MoO3纳米颗粒的N2吸附
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解吸等温线(插图为孔径分布曲线)；
[0022]图10中(a)为MC
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1、MC
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2、MC
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3、MCC
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1、MCC
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2和MCC
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3气敏传感器的归一化反应曲线，(b)为MC
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2气敏传感器在室温下对不同浓度的H2S的电阻变化曲线，(c)MCC
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2气敏传感器在室温下对不同浓度的H2S的电阻变化曲线，(d)MC
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2和MCC
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2气敏传感器在室温下暴露于不同浓度的H2S的动态响应曲线，(e)MC
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2和MCC
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2气敏传感器在气体浓度的响应度拟合曲线，(f)MC
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2和MCC
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2传感器在RT下对50ppb H2S气体的反应和恢复时间曲线；
[0023]图11中(a)为MCC
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2传感器对100ppb H2S的重复性曲线，(b)为MCC
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2传感器对1000ppb的重复性曲线，(c)为MCC
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2传感器在RT下对1000ppb的各种干扰气体的选择性，(d)为MCC
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2传感器在RT下对1000ppb H2S的长期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测H2S气体的气敏传感器，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过水热法制备MoO3纳米颗粒；S2：通过水热法将MoO3纳米颗粒与CuO纳米颗粒复合得到MoO3/CuO复合材料，通过水热法将MoO3/CuO复合材料与g
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C3N4纳米颗粒复合，得到带有介孔结构的MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料；S3：将MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料的粉末分散于乙醇溶液中并进行超声处理，得到分散液；将分散液滴铸于SiO2/Si衬底的Au/Cr叉指电极上，经过加热干燥后形成敏感层，制备出MoO3/CuO/g
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C3N4复合材料气敏传感器。2.根据权利要求1所述的一种用于检测H2S气体的气敏传感器，其特征在于，所述步骤S1具体为，将MoCl5粉末溶解在的乙醇/去离子水混合物中，得到混合溶液；搅拌均匀后，将混合溶液转移到容器中，在180～200℃下加热8～10小时；反应结束后，通过真空过滤收集沉淀物，分别用去离子水和无水乙醇清洗所述沉淀物至少两次；将所得沉淀物在70～90℃的温度中干燥7～9小时，并在400～500℃下退火1～2小时，最终获得MoO3纳米颗粒。3.根据权利要求2所述的一种用于检测H2S气体的气敏传感器，其特征在于，所述乙醇/去离子水混合物中去离子水与乙醇的比例为2:1～3:1。4.根据权利要求2所述的一种用于检测H2S气体的气敏传感器，其特征在于，所述乙醇/去离子水混合物中去离子水与乙醇的比例为4:1。5.根据权利要求1所述的一种用于检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭福强，冯成，张丽丽，张保花，陈云飞，吴涣星，黄以能，
申请(专利权)人：伊犁师范大学，
类型：发明
国别省市：