基于光辅助增敏的复合气敏材料及制备方法和气体传感器技术

本发明专利技术公开了基于光辅助增敏的复合气敏材料及制备方法和气体传感器，包括具有光催化活性的气敏主体材料和客体功能修饰材料，客体功能修饰材料负载在气敏主体材料上；其中气敏主体材料作为传感响应中心，通过其自身电学特性的变化反映待测气体分子的理化性质和浓度等特性。客体功能修饰材料主要作用是提供活性位点，改善载流子传导，形成异质结和优势互补，从而实现对主体材料的功能化，提高气敏主体材料的灵敏度、选择性和响应速度等传感性能。基于该复合材料的气体传感器能够在较低工作温度下具有高响应和快速响应恢复速度。度下具有高响应和快速响应恢复速度。

【技术实现步骤摘要】
基于光辅助增敏的复合气敏材料及制备方法和气体传感器


[0001]本专利技术属于气体敏感材料及气体传感
，具体涉及基于光辅助增敏的复合气敏材料及制备方法和气体传感器。

技术介绍

[0002]大气的污染已经成为人类面临的共性问题，迫切地需要通过监测空气污染状况并采用措施改善空气质量，维持我们赖以生存大气环境的洁净。化学电阻型气体传感器因其具有器件结构简单，成本低廉和在线检测等优点，被广泛用于空气污染、易燃易爆、有毒有害等气体的检测。然而，单一材料的气敏材料一般具有工作温度高，灵敏度不足，选择性较差等缺点，往往不能满足一些特殊条件下的检测需求。
[0003]已有研究表明可以通过贵金属负载、异质结构筑、两种或多种金属氧化物复合等方法优化传感材料本身的电化学特性以提高灵敏度和响应速度，但材料工作温度的问题无法得到有效解决。一般情况下，以半导体金属氧化物基气体传感器的工作温度在200℃以上，具有较高的功耗，而且由于较高的工作温度可能导致材料晶相的改变以及晶粒的团聚生长，从而使气体传感器的稳定性和寿命降低，同时也限制了气体传感器在易燃易爆气体探测领域的应用。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供基于光辅助增敏的复合气敏材料及制备方法和气体传感器，该复合气敏材料具有较高的灵敏度、选择性和响应速度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，包括具有光催化活性的气敏主体材料和客体功能修饰材料，客体功能修饰材料负载在气敏主体材料上，客体功能修饰材料和气敏主体材料的质量比为(0.01
‑
1)：1。
[0007]进一步的，气敏主体材料为半导体金属氧化物。
[0008]进一步的，半导体金属氧化物为ZnO、TiO2或SnO2。
[0009]进一步的，气敏主体材料采用静电纺丝技术、煅烧处理、水热生长法与溶剂热法中一种或者多种方法制备而成；
[0010]进一步的，气敏主体材料在微观上具有线状、纤维状、管状、棒状、片状或颗粒状微纳米结构。
[0011]进一步的，客体功能修饰材料为贵金属、金属氧化物与过渡金属硫化物中的一种或者多种。
[0012]进一步的，贵金属为Pt、Au、Ag或Pd；
[0013]金属氧化物为SnO2、In2O3、ZnO、TiO2或WO3；
[0014]过渡金属硫化物为WS2或MoS2。
[0015]进一步的，客体功能修饰材料通过溶剂热法、溅射法与浸渍法中的一种或者多种
方法负载在气敏主体材料表面。
[0016]一种如上所述基于光辅助增敏的复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：将客体功能修饰材料通过溶剂热法、溅射法与浸渍法中的一种或者多种方法负载在具有光催化活性的气敏主体材料上。
[0017]一种气体传感器，包括所述的基于光辅助增敏的复合气敏材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术通过在气敏主体材料上负载客体功能修饰材料，气敏主体材料能够通过电学特性的变化反映待测气体分子的理化性质和浓度；客体功能修饰材料用于改善电子传导，提供催化位点，进而改善气敏主体材料的传感性能。该光辅助增敏的复合气敏材料具有普遍适用性，适用于环境监测、食品、工业安全、医学健康等各种工况，具有广阔的应用前景。
[0020]进一步的，本专利技术中的光辅助增敏的复合气敏材料通过将贵金属、金属氧化物和过渡金属二硫化物等客体材料负载到半导体金属氧化物主体材料上，提供了活性位点，改善了载流子传导，形成异质结和优势互补，从而实现对主体材料的功能化，提高了气敏主体材料的灵敏度、选择性和响应速度等传感性能。
[0021]气体传感器在使用时，通过对复合材料进行紫外光激发，使得基于该复合材料的气体传感器能够在较低工作温度下具有高响应和快速响应恢复速度，能够适应特殊条件下的工作要求。较低的工作温度也使得传感器具有更长的工作寿命。本专利技术的气敏传感器具有操作简单、设备体积小、成本低和功耗低等特点，便于大规模生产制备以及商业化利用。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术一种光辅助增敏的复合气敏材料的光激发原理图；
[0024]图2为本专利技术一种光辅助增敏的复合气敏材料的结构及工作原理图。
[0025]图中，1为客体功能修饰材料，2为气敏主体材料，3为紫外灯，4为目标气体，5为氧。
具体实施方式
[0026]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以自由地相互组合。
[0027]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0028]紫外光辅助增敏是一种实现较低温度下检测目标气体的有效方法。紫外光辅助增敏的原理是在特定波长的光激发下，传感材料吸收光产生光生载流子，其中光生电子能与预先吸附在传感材料表面的氧气发生反应生成活性氧物种，当传感材料处于目标气体环境中时候，目标分子与传感材料表面的活性氧物种作用并发生电子转移。这些电信号输出外电路后得到相应的气体传感信号。
[0029]本专利技术将客体功能修饰材料负载到具有宽禁带、高电子迁移率、光电响应、优异的化学稳定性和热稳定性等优点的半导体金属氧化物主体材料上，并通过紫外光激发进行辅助增敏，为实现真正可实用化的高性能和低工作温度的气体传感器提供重要技术支持。
[0030]本专利技术提供一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，由具有光催化活性的气敏主体材料和客体功能修饰材料两部分组成，客体功能修饰材料负载在气敏主体材料上。
[0031]优选的，气敏主体材料为具有传感响应宽禁带半导体金属氧化物ZnO、TiO2或SnO2。气敏主体材料的制备方法包括但不限于静电纺丝技术、煅烧处理、水热生长法与溶剂热法中一种或者多种方法；气敏主体材料在微观上具有线状、纤维状、管状、棒状、片状或颗粒状微纳米结构。
[0032]客体功能修饰材料为贵金属、金属氧化物与过渡金属二硫化物的一种或多种。贵金属为Pt、Au、Ag或Pd；金属氧化物为SnO2、In2O3、ZnO、TiO2或WO3；过渡金属硫化物为WS2或MoS2。
[0033]气敏主体材料和客体功能修饰材料不同时为ZnO。
[0034]参见图1和图2，客体功能修饰材料(Guest materials)1均匀负载在气敏主体材料(Functionalization)2上，形成纤维状、片状或颗粒状微纳米状复合材料。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，其特征在于，包括具有光催化活性的气敏主体材料和客体功能修饰材料，客体功能修饰材料负载在气敏主体材料上，客体功能修饰材料和气敏主体材料的质量比为(0.01
‑
1)：1。2.根据权利要求1所述的一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，其特征在于，气敏主体材料为半导体金属氧化物。3.根据权利要求2所述的一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，其特征在于，半导体金属氧化物为ZnO、TiO2或SnO2。4.根据权利要求1或3所述的一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，其特征在于，气敏主体材料采用静电纺丝技术、煅烧处理、水热生长法与溶剂热法中一种或者多种方法制备而成。5.根据权利要求1或3所述的一种基于光辅助增敏的复合气敏材料，其特征在于，气敏主体材料在微观上具有线状、纤维状、管状、棒状、片状或颗粒状微纳米结构。6.根据权利要求1所述的一种基于光辅助增敏的复合气敏材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉楠，王泽，朱蕾，延卫，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：