一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学气体传感器技术领域，涉及一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料及其化学制备方法。该气敏材料制备工艺简单，材料的结构形貌稳定，对CO气体检测敏感度高，选择性好。
【背景技术】
[0002]电化学气体传感器属于气体传感器的一种，也是目前市场上使用最为广泛的气体传感器。电化学气体传感器的气敏性能主要决定于敏感电极材料对目标气体的敏感性，所以制备出对目标气体具有高度响应的敏感电极材料是无数研宄人员的目标所在。
[0003]自从日本科学家由于石墨烯方面的研宄获得诺贝尔奖以来，对石墨烯的研宄趋之若鸯。石墨烯是由碳六元环形成的二维蜂窝状晶格结构，只有一个碳原子的厚度，是一种真正意义上的二维材料。石墨烯独特的结构使其具有一些优异的物理和化学性能，例如强度非常大、柔韧性很强、导电性能极好、电子迀移率很大、杨氏模量也比较大，这就使得石墨烯在纳米电子器件、超级计算机、太阳能电池、透明电极等方面具有极高的应用价值。苏州大学专利王艳艳等人(专利号:201310680689)公布了一种基于还原氧化石墨烯的气敏传感器及其制备方法，通过将大尺寸氧化石墨烯分散液组装在氨基化的电极表面，并采用液体还原剂对组装的氧化石墨烯进行原位还原，从而得到还原氧化石墨烯气敏传感器，通过本发明的方法制备的还原氧化石墨烯气敏传感器对氨气分子具有优异的传感性能。而Pt/Pd/Ag等贵金属及其化合物在气敏元件的制备过程中发挥显著作用，可以明显改善元件性能。贵金属能够有效的增加催化性能，将贵金属或其化合物掺杂于气敏功能材料中，可以提高传感器的灵敏度、对气体的选择性。所以广泛应用在传感器、催化剂等领域。张等报道了一种用于检测废气中CO和氧的气体传感器，工作电极和辅助电极均是钼材料(Sensors andActuators B，2000，70:25)。中科院长春应用化学研宄所王玉江等人公布了一种全佛磺酸离子交换膜电极的制备方法，使用胶体Au，Pt材料作为催化剂材料制作电化学气体传感器(专利号 ZL 00126531.8)。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的不足，本发明提供一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，利用贵金属的催化活性，结合石墨烯材料的高的导电性来制作电化学气体传感器的电极材料。
[0005]一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)将石墨烯加入到有机溶剂中，搅拌均匀再超声分散获得前驱体溶液A;
(2)称取氯化钯加入到溶液A中并搅拌；
(3)称取硼氢酸钠加入到上述溶液中并搅拌，维持搅拌，然后静置；
(4)将步骤(3)的粉末离心、洗涤； (5)对步骤(4)的离心产物在在真空炉中干燥，得到纳米石墨稀负载钮的气敏传感材料。
[0006]步骤(I)中所述石墨烯加入量为15?25毫克，所述有机溶剂为1-甲基_2_吡咯烷酮(NMP)。
[0007]步骤(I)中所述的超声分散时间是为I?3小时。
[0008]步骤(2)中所述的氯化钯加入量为0.15?0.25克。
[0009]步骤(3)中所述硼氢酸钠加入量为0.06?0.08克，所述搅拌时间为6?8小时，所述静置时间为I?3小时。
[0010]步骤(4)中所述洗涤是用去离子水洗涤，每次洗涤后采用离心机沉淀。
[0011]步骤(5)中所述的真空炉中干燥温度为指50?70°C，时间为10?14小时。
[0012]把该材料制作成电极，采用安捷伦Agilent 34410A Digit multimeter对CO气体进行检测，结果表明具有较高的灵敏度。该纳米结构的材料，对CO具有较高的灵敏度，较大幅度的提高CO气体传感器的测量下限，能达到ppb级水平。
[0013]本发明的有益效果:
(1)本发明制备的石墨烯负载钯催化剂纳米材料，有利于气体吸附，可大幅图提升材料的气体敏感性；
(2)本发明所制备的石墨烯负载钯催化剂材料，对CO气体具有很高的灵敏度，解决一般气体传感器灵敏度较低、分辨率比较差的问题；
(3)本发明工艺路线简单，操作简便，易于工业化生产，可用于高性能CO电化学气体传感器的制作。
【附图说明】
[0014]图1为实施例2所制备的石墨烯负载钯的SEM图片。
[0015]图2为实施例2所制备的石墨烯负载钯的TEM图片。
[0016]图3为实施例2所制备的石墨稀负载钮的气敏性能图。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
(1)将25毫克的石墨烯加入到有机溶剂中，搅拌均匀再超声分散3小时获得前驱体溶液A ；
(2)称取0.25克的氯化钯加入到溶液A中并搅拌；
(3)称取0.08克的硼氢酸钠加入到上述溶液中并搅拌，维持搅拌8时间，然后静置3小时；
(4)将步骤(3)的粉末离心、洗涤；
(5)对步骤(4)的离心产物在50°C下在真空炉中干燥14小时，得到纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料。
[0018]把该材料制作成电极，采用安捷伦Agilent 34410A Digit multimeter对CO气体进行检测，响应信号通过软件转换为电压值输出。
[0019]实施例2: (1)将15毫克的石墨烯加入到有机溶剂中，搅拌均匀再超声分散2小时获得前驱体溶液A ；
(2)称取0.15克的氯化钯加入到溶液A中并搅拌；
(3)称取0.06克的硼氢酸钠加入到上述溶液中并搅拌，维持搅拌6时间，然后静置I小时；
(4)将步骤(3)的粉末离心、洗涤；
(5)对步骤(4)的离心产物在70°C下在真空炉中干燥10小时，得到纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料。
[0020]图1是本实施例制作的敏感材料的SEM图，从图可以看出催化剂分为两相，相互掺杂在一起，并且蓬松多孔。图2是本实施例制备的敏感材料的TEM照片，从照片可以看出，制备的纳米Pd颗粒粒径较小，基本小于10纳米，分散在片装的石墨稀上。图3是对制备的气敏材料做的气敏性能测试，测量下限达到了 500ppb水平，表明气敏性能优异。
[0021]把该材料制作成电极，采用安捷伦Agilent 34410A Digit multimeter测试对CO气体的响应，结果通过软件转换为电压值输出。
[0022]实施例3;
(1)将20毫克的石墨烯加入到有机溶剂中，搅拌均匀再超声分散I小时获得前驱体溶液A ；
(2)称取0.1739克的氯化钯加入到溶液A中并搅拌；
(3)称取0.0757克的硼氢酸钠加入到上述溶液中并搅拌，维持搅拌7小时，然后静置2小时；
(4)将步骤(3)的粉末离心、洗涤；
(5)对步骤(4)的离心产物在60°C下在真空炉中干燥12小时，得到纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料。
[0023]把该材料制作成电极，采用安捷伦Agilent 34410A Digit multimeter测试对CO气体的响应，结果通过软件转换为电压值输出。
[0024]实施例4:
(1)将23毫克的石墨烯加入到有机溶剂中，搅拌均匀再超声分散2小时获得前驱体溶液A ；
(2)称取0.21克的氯化钯加入到溶液A中并搅拌；
(3)称取0.07克的硼氢酸钠加入到上述溶液中并搅拌，维持搅拌7时间，然后静置2小时；
(4)将步骤(3)的粉末离心、洗涤；
(5)对步骤(4)的离心产物在70°C下在真空炉中干燥13小时，得到纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料。
[0025]把该材料制作成电极，采用安捷伦Agilent 34410A Digit multimeter测试对CO气体的响应，结果通过软件转换为电压值输出。
[0026]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纳米石墨稀负载钮的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将石墨烯加入到有机溶剂中，搅拌均匀再超声分散获得前驱体溶液A; (2)称取氯化钯加入到溶液A中并搅拌； (3)称取硼氢酸钠加入到上述溶液中并搅拌，维持搅拌，然后静置； (4)将步骤(3)的粉末离心、洗涤； (5)对步骤(4)的离心产物在在真空炉中干燥，得到纳米石墨稀负载钮的气敏传感材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述石墨烯加入量为15?25毫克，所述有机溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)0
3.根据权利要求1所述的一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的超声分散时间是为I?3小时。
4.根据权利要求1所述的一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的氯化钯加入量为0.15?0.25克。
5.根据权利要求1所述的一种纳米石墨稀负载钮的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述硼氢酸钠加入量为0.06?0.08克，所述搅拌时间为6?8小时，所述静置时间为I?3小时。
6.根据权利要求1所述的一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述洗涤是用去离子水洗涤，每次洗涤后采用离心机沉淀。
7.根据权利要求1所述的一种纳米石墨稀负载钮的气敏传感材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述的真空炉中干燥温度为指50?70°C，时间为10?14小时。
【专利摘要】本发明涉及一种纳米石墨烯负载钯的气敏传感材料的制备方法，将石墨烯分散在有机溶液中，超声；氯化钯加入到上述溶液中；硼氢酸钠加入到上述溶液中搅拌后静置；离心分离；真空炉中烘干，即得到所需材料。本发明原料廉价，工艺简单，材料的形貌稳定，对CO气体检测敏感度高，选择性好。把该材料制作成电极，采用安捷伦Agilent？34410A？Digit？multimeter对CO气体进行检测，结果表明具有较高的灵敏度。该纳米结构的材料，对CO具有较高的灵敏度，较大幅度的提高CO气体传感器的测量下限，能达到ppb级水平。
【IPC分类】G01N27-30, G01N27-26
【公开号】CN104569091
【申请号】CN201510005823
【发明人】何丹农, 李晓龙, 尹桂林, 宣天美
【申请人】上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月5日