一种MoS2-Pd氢敏材料及其制备方法与流程

本发明属于氢气传感器，具体地，本发明涉及一种mos2-pd氢敏材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，化石燃料不断枯竭，并且燃烧带来严重的环境污染问题。氢能具有分布广泛、清洁可再生、能量密度大和应用面广等优点，被认为是一种替代化石燃料的理想能源。然而，氢气是一种无色无味的可燃性气体，具有较低的着火能，遇到明火或电流，极易发生爆炸，同时在生产、储存和运输过程中容易发生泄漏，存在严重的安全隐患。因此，对氢气进行及时、精准、灵敏地检测具有十分重要的意义。

2、光纤光栅型氢气传感器具有体积小、寿命长、本质安全、抗电磁干扰、灵敏度高等优点，适合在易燃、易爆等环境中工作，目前已经成为氢检测技术的研究热点。贵金属钯（pd）对氢气具有特异选择性和可逆吸附性，因此被广泛用于光纤光栅氢气传感器中的氢敏材料。然而，pd在吸氢后形成pd的氢化物存在α相和β相，α相和β相存在较大的晶格膨胀系数差异，会导致光纤光栅传感器常用的pd膜氢敏材料在多次吸氢、释氢循环后存在开裂、脱落等问题，降低传感器的性能和使用寿命。因此，需要研发新型氢敏材料，以克服钯膜氢脆易脱落问题，提高氢气传感器性能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明实施例提出一种mos2-pd氢敏材料及其制备方法。

2、本发明实施例一方面提出一种mos2-pd氢敏材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1，在基体上生长mos2薄膜，得到负载有mos2薄膜的基体；

4、s2，制备导电基底；

5、s3，将所述基体上的mos2薄膜转移至所述导电基底上，得到负载有mos2薄膜的导电基底；

6、s4，配制氯化钯盐酸溶液作为电镀液；

7、s5，将所述负载有mos2薄膜的导电基底浸入所述电镀液中，在恒电位下进行电化学沉积后，再浸入去离子水中去除残留电镀液，制得所述mos2-pd氢敏材料。

8、本发明实施例中，通过采用电化学沉积法在mos2薄膜上沉积pd纳米颗粒，由于mos2薄膜比表面积大，且表面存在各种类型缺陷，包括点缺陷（空位和替代）、位错和晶界等，可作为pd2+的沉积活性位点，进而使得电镀液中的pd2+可以牢固的沉积在mos2表面的活性位点处并在恒电位下被还原为pd纳米颗粒。由于pd纳米颗粒与mos2薄膜之间的作用力较强，从而可以克服pd纳米颗粒在吸氢、释氢过程中易脱落的问题；且通过电化学沉积法沉积pd纳米颗粒，操作更加简便，且整个制备过程绿色无污染、无损、成本低廉。

9、在本发明的一些实施例中，所述步骤s1中，在基体上生长mos2薄膜的方法是：以moo3和硫粉为反应原料，通过化学气相沉积法在基体上生长mos2薄膜，得到负载有mos2薄膜的基体；

10、和/或，所述moo3与所述硫粉的摩尔比为1:2.5~1:3；

11、和/或，所述化学气相沉积的温度为820~850℃，优选为850℃；时间为10~15min，优选为15min；

12、和/或，所述基体为云母、硅片或蓝宝石中的任一种，优选为云母。

13、在本发明的一些实施例中，所述步骤s2中，制备导电基底的方法是：在sio2/si基底表面蒸镀金属膜，得到所述导电基底；

14、和/或，所述金属膜的蒸镀面积占所述sio2/si基底的表面积的30%~50%；

15、和/或，所述金属膜为cr/au金属膜或ti/au金属膜，优选为cr/au金属膜；

16、和/或，所述cr/au金属膜中，cr金属膜与au金属膜的厚度比为1:10；且所述cr金属膜的厚度为6~10nm，优选为10nm；所述au金属膜的厚度为60~100nm，优选为100nm；

17、和/或，所述ti/au金属膜中，ti金属膜与au金属膜的厚度比为1:10；且所述ti金属膜的厚度为6~10nm，优选为10nm；所述au金属膜的厚度为60~100nm，优选为100nm。

18、在本发明的一些实施例中，所述步骤s3中，转移mos2薄膜的方法是：以pmma为媒介通过湿法刻蚀的方式将基体上的mos2薄膜转移至所述导电基底上。

19、在本发明的一些实施例中，所述步骤s4中，配制氯化钯盐酸溶液的方法是：将氯化钯和浓盐酸溶于去离子水中，混合均匀后获得所述氯化钯盐酸溶液；

20、和/或，所述氯化钯与所述浓盐酸的摩尔浓度比为0.03:1~0.04:1。

21、在本发明的一些实施例中，所述步骤s5中，所述恒电位为-0.20 v vs sce，所述电化学沉积的时间为5~30s，优选为10~15s。

22、本发明实施例另一方面还提出一种mos2-pd氢敏材料，所述mos2-pd氢敏材料由上述制备方法制备得到。

23、前述针对mos2-pd氢敏材料的制备方法所描述的特征和优点，同样适用于mos2-pd氢敏材料，在此不再赘述。

24、本发明实施例又一方面还提出上述mos2-pd氢敏材料在光纤光栅氢气传感器中的应用，所述mos2-pd氢敏材料用作光纤光栅氢气传感器中的氢敏材料，表现出良好的灵敏度和稳定性。

25、本发明实施例还提出上述光纤光栅氢气传感器的制备方法，包括如下步骤：

26、1) 采用40wt%的氢氟酸蚀刻光纤布拉格光栅表面的光纤包层，得到预处理后的光纤；

27、2) 在mos2-pd氢敏材料的表面旋涂一滴pmma，加热使pmma固化形成pmma膜；然后再浸入5wt%的naoh溶液中，借助naoh对sio2/si基底的刻蚀作用使粘有mos2-pd氢敏材料的pmma膜与sio2/si基底分离，得到负载有mos2-pd氢敏材料的pmma膜；

28、3) 将负载有mos2-pd氢敏材料的pmma膜贴到预处理后的光纤上，自然晾干后，再进行加工封装，制得所述光纤光栅氢气传感器。

29、本发明实施例光纤光栅氢气传感器的制备方法中采用mos2-pd作为氢敏材料，并以pmma为媒介通过湿法刻蚀的方式将其转移到已处理的光纤上，整个过程几乎不会对光纤造成损害，从而使得所制得的光纤光栅氢气传感器寿命高、稳定性好。

30、在本发明的一些实施例中，步骤2)中，所述旋涂的转速为2000~3000rpm，旋涂的时间为45~60s。

31、在本发明的一些实施例中，步骤2)中，所述刻蚀的温度为50~70℃，刻蚀的时间为15~20min。

32、本发明具有如下优点和有益效果：

33、（1）本发明实施例中在mos2薄膜上沉积金属pd纳米颗粒，由于pd纳米颗粒与mos2薄膜之间作用力强，从而可以克服pd在吸氢、释氢过程中的易脱落问题，且mos2薄膜与光纤光栅结合力较强，可以提高光纤光栅氢气传感器的结构稳定性。

34、（2）本发明实施例中采用电化学沉积方法将pd纳米颗粒牢固的沉积在mos2薄膜表面，相比于已有技术中常用的金属蒸镀法、化学还原法，采用电化学沉积操作更加简便，且无损、成本低。

35、（3）本发明实施例中，可以通过调控电化学沉积的时间，控制mos2-pd氢敏材料中的pd纳米颗粒的尺寸，以便可以满足不同工况下光纤光栅氢气传感器的实际需求。

36、（4）本发明实施例中的光纤光栅氢气传感器寿命高、稳定性好，且其能够快速、连续地监测氢气，表现出良好的灵敏度和响应性。