基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法
【专利摘要】本发明涉及纳米材料、光催化材料、环境分析和传感【技术领域】，具体是涉及一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法。该检测装置包括有紫外光源；基于导电金属基体的纳米TiO2膜，置于紫外光源的光路上并用于负载待测气相有机物；信号采集系统，用于采集光催化降解该待测气相有机物的过程中纳米TiO2膜与导电金属基体之间的电位或电流变化数据，以检测该待测气相有机物的浓度。本发明可针对冰箱、汽车和家居环境中存在的气相有机污染物的快速检测，检测装置灵敏度高、响应速度快。由于其信号来源于纳米TiO2薄膜光催化氧化有机物过程中产生的电信号变化，无需使用任何化学试剂，环境友好。检测装置结构简单、传感器制造及检测成本低廉。
【专利说明】基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料、光催化材料、环境分析和传感【技术领域】，具体是涉及一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002]有机物污染已经成为近代社会一项重要污染源之一，这其中既包括水体有机物污染和气相有机物污染。水体有机物污染有各种农药厂、化肥厂及其他化工厂所排放的废水中含有大量的有机污染物，气相有机物污染有冰箱中果蔬及肉类腐烂产生的异味、汽车及家居装饰产生的甲醛污染以及众多化工企业废弃排放产生的有机物污染物。
[0003]水体有机物污染物具有国家标准规定的检测方法，即高锰酸钾和重铬酸钾氧化法检测水体化学需氧量(C0D)，并且也有大量的研究人员将电催化、光催化等反应体系引入水体有机污染物的快速检测领域。譬如中国发明专利(02111970.8) “纳米COD传感器、制备及其用途”公开了一种以PbOdf饰电极作为工作电极，通过电催化氧化的方式测定C0D。上海交通大学周保学研究组(中国发明专利200510026210.9 “光电催化测定化学需氧量的方法”)采用TiO2纳米阵列做工作电极，实现水体有机物COD的光电化学检测。
[0004]目前还没有专门针对气相有机物浓度检测的方法和设备，大多数采用电子狗或气相色谱对气相成分做定性和定量分析，这些方法设备复杂、价格昂贵，不适合在冰箱、汽车和家居环境下的实时检测。
[0005]纳米TiO2是一类特殊的半导体材料，紫外光照射下能够产生大量的光生电子-空穴对，其中光生空穴具有很强的氧化能力，能够直接催化氧化大多数的有机物，因而在光催化降解有机物、光解水、太阳能染料电池等领域具有广阔的应用前景。本课题组(中国发明专利201210336420.8 “循环式水体化学需氧量检测的光电化学传感器”)采用电化学的方法，分离光生电子-空穴对，建立光电流与水体有机物浓度(空穴的催化氧化速度)的线性关系，进行水体有机物浓度的检测。基于此，我们利用TiO2纳米材料的光催化性能，设计一种基于电位法和电流法的气相有机物检测方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，该检测装置通过实时采集光催化降解气相中有机物过程中TiO2膜的电位或电流变化数据，从而实现气相有机物浓度的定量检测。
[0007]为了实现上述目的，米用的技术方案为:一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，包括有:
[0008]紫外光源；
[0009]基于导电金属基体的纳米TiO2膜，置于所述紫外光源的光路上并用于负载待测气相有机物；
[0010]信号采集系统，用于采集光催化降解该待测气相有机物的过程中纳米TiO2膜与导电金属基体之间的电位或电流变化数据，以检测该待测气相有机物的浓度。
[0011]进一步的，所述紫外光源为光功率可连续调节式紫外光源设备，优选LED紫外光源或氙灯光源，且紫外光源的光功率为5?1500mW/cm2，波长为200?400nm。
[0012]优选的,所述导电金属基体为Pt、Au、Ag、Cu或Ti,且所述基于导电金属基体的纳米TiO2膜是通过气相沉积法、溶胶凝胶法、水解沉淀法、水热法或阳极氧化法制备的。
[0013]进一步优选的，所述基于导电金属基体的纳米TiO2膜是通过阳极氧化法制备的，导电金属基体为Ti且纳米TiO2膜为TiO2纳米管阵列膜，制备工艺为:以高纯Ti片为阳极，石墨为阴极，电解液为含0.3mol/L HF的乙二醇溶液，阳极电压为100V，阳极氧化时间为IOh ;阳极氧化完成后，Ti02/Ti纳米管阵列膜在超声波中震荡Imin去除表面破碎的纳米管，经高纯水中清洗5min，40°C恒温箱中保温5h干燥，阳极氧化的TiO2纳米管阵列在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0014]进一步优选的，所述基于导电金属基体的纳米TiO2膜是通过水热法制备的，导电金属基体为Ti且纳米TiO2膜为纳米TiO2管膜，制备工艺为:取lOmol/L NaOH水溶液IOmL置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并将Ti片置于其中，将密封的反应釜加热至180°C，保温10h，完全冷却，高纯水中清洗5min ;将Ti02/Ti纳米管膜置于IOmL浓度为lmol/L的盐酸中浸泡30min酸化，高纯水中清洗5min，烘干后在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0015]进一步优选的，所述基于导电金属基体的纳米TiO2膜是通过溶胶凝胶法制备的，导电金属基体为Ti且纳米TiO2膜为纳米TiO2颗粒膜，制备工艺为:取17mL的钛酸四丁酯加入到40mL的无水乙醇中搅拌30min获得均匀溶液A ;取IOmL冰醋酸和42.5mL的95%乙醇搅拌30min获得均匀溶液B ;强烈搅拌过程中将A溶液缓慢滴加到B溶液中，并继续搅拌30min，得到透明而均匀的TiO2溶胶；将直径为20cm的高纯Ti片用双面胶固定于旋涂仪的中心位置，设置旋转速度为lOOOrpm，取TiO2溶胶10 μ L滴在Ti片表面，并在旋转过程中均匀涂覆在Ti片表面，烘干；重复上述过程5次，获得TiO2胶体膜，并在马弗炉中进行热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0016]进一步的，所述信号采集系统包括有与导电金属基体电连接的开关和与开关电连接的微安表，所述微安表的电流输出端接地。
[0017]进一步的，所述信号采集系统还包括有分别与导电金属基体和纳米TiO2膜电连接的毫伏表。
[0018]作为本发明的另一目的，提供了一种该基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置的检测方法，主要包括电流检测法和电位检测法。
[0019]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0020]基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置的检测方法，包括电流检测法，步骤为:合上开关，且紫外光源发出紫外光，在光照条件下，纳米TiO2膜被光激发产生光生电子-空穴对，由于纳米TiO2膜与导电金属基体之间存在能带差异，光生电子会自发向导电金属基体迁移，进而在纳米TiO2膜与导电金属基体的界面上形成空间电荷层；
[0021]当空间电荷层达到稳定状态时，电流为0，激发产生的光生电子-空穴对的形成速度与光生电子、光生空穴的复合速度保持平衡；
[0022]当纳米TiO2膜表面存在气相有机物时，光生空穴因与气相有机物发生光催化氧化反应而被消耗，多余的光生电子则通过微安表形成电流信号，电流的大小取决于光生空穴的反应速度，即气相有机物的浓度。
[0023]基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置的检测方法，包括电位检测法，步骤为:断开开关，且紫外光源发出紫外光，在光照条件下，纳米TiO2膜被光激发产生光生电子-空穴对，由于纳米TiO2膜与导电金属基体之间存在能带差异，光生电子会自发向导电金属基体迁移，进而在纳米TiO2膜与导电金属基体的界面上形成空间电荷层，并具有一定的电位差；
[0024]当空间电荷层达到稳定状态时，持续光照形成的光生电子-空穴对通过再复合消耗，两层间电位达到一个稳定值；
[0025]当纳米TiO2膜表面存在气相有机物时，光生空穴因与气相有机物发生光催化氧化反应而被消耗，相应的光生电子转移到导电金属基体上，使得纳米TiO2膜与导电金属基体之间的电位差发生变化；
[0026]当光生电子-空穴对的激发形成、对应于气相有机物浓度的空穴反应消耗以及光生电子-空穴对再复合消耗达到再次平衡时，自毫伏表得出的电位差变化即反映了气相有机物的浓度；
[0027]检测完毕后，合上开关，多余的光生电子通过接地消除，电位差恢复初始状态。
[0028]本发明的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置及检测方法，与现有技术相t匕，其有益效果表现在:
[0029]I)、通过实时采集光催化降解气相中有机物过程中TiO2膜的电位或电流变化数据，从而实现气相有机物浓度的定量检测。特别是针对冰箱、汽车和家居环境中存在的气相有机污染物的快速检测，检测装置灵敏度高、响应速度快。
[0030]2)、由于其信号来源于纳米TiO2薄膜光催化氧化有机物过程中产生的电信号变化，无需使用如强氧化剂等其它任何化学试剂，环境友好，并且该检测装置结构简单、传感器制造及检测成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]请参阅图1，一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，包括有紫外光源
1、基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2以及信号采集系统5。
[0033]紫外光源I优选光功率可连续调节的LED紫外光源或氙灯光源，且紫外光源I的光功率为5?1500mW/cm2，波长为200?400nm。
[0034]基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2置于紫外光源I的光路上，用于负载待测气相有机物，导电金属基体3为Pt、Au、Ag、Cu或Ti，且基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2是通过气相沉积法、溶胶凝胶法、水解沉淀法、水热法或阳极氧化法制备的。
[0035]作为基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2制备的第一种优选，通过阳极氧化法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为TiO2纳米管阵列膜，制备工艺为:以高纯Ti片为阳极，石墨为阴极，电解液为含0.3mol/L HF的乙二醇溶液，阳极电压为100V，阳极氧化时间为IOh ;阳极氧化完成后，Ti02/Ti纳米管阵列膜在超声波中震荡Imin去除表面破碎的纳米管，经高纯水中清洗5min，40°C恒温箱中保温5h干燥，阳极氧化的TiO2纳米管阵列在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0036]作为基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2制备的第二种优选，通过水热法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为纳米TiO2管膜，制备工艺为:取lOmol/L NaOH水溶液IOmL置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并将Ti片置于其中，将密封的反应釜加热至180°C，保温10h，完全冷却，高纯水中清洗5min ;将Ti02/Ti纳米管膜置于IOmL浓度为lmol/L的盐酸中浸泡30min酸化，高纯水中清洗5min，烘干后在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0037]作为基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2制备的第三种优选，通过溶胶凝胶法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为纳米TiO2颗粒膜，制备工艺为:取17mL的钛酸四丁酯加入到40mL的无水乙醇中搅拌30min获得均匀溶液A ;取IOmL冰醋酸和42.5mL的95%乙醇(体积百分比)搅拌30min获得均匀溶液B ;强烈搅拌过程中将A溶液缓慢滴加到B溶液中，并继续搅拌30min，得到透明而均匀的TiO2溶胶；将直径为20cm的高纯Ti片用双面胶固定于旋涂仪的中心位置，设置旋转速度为lOOOrpm，取TiO2溶胶10 μ L滴在Ti片表面，并在旋转过程中均匀涂覆在Ti片表面，烘干；重复上述过程5次，获得具有一定厚度的TiO2胶体膜，并在马弗炉中进行热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0038]作为基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2制备的第四种优选，通过水解沉淀法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为纳米TiO2颗粒膜，制备工艺为:冰水浴下配制250mL浓度为0.lmol/L的TiCl4水溶液待用，采用H2SO4溶液调整其pH值为2.5。在85。。水浴、搅拌条件下，配制质量浓度为30%的尿素溶液135mL，并将剪成一定形状的Ti片加入尿素溶液中，持续搅拌。蠕动泵以lmL/min的速度将TiCl4水溶液滴加进入钛片的尿素溶液中，滴加完成后在85°C水浴条件下继续搅拌30min，取出Ti片再分别用蒸馏水和无水乙醇交替清洗3遍。将Ti片负载纳米TiO2放入马弗炉中500°C热处理2h，实现负载水解沉淀的非晶TiO2颗粒膜的晶化。
[0039]信号采集系统5用于采集光催化降解该待测气相有机物的过程中纳米TiO2膜2与导电金属基体3之间的电位或电流变化数据，以检测该待测气相有机物的浓度。它包括有与导电金属基体3电连接的开关7和与开关7电连接的微安表6，微安表6的电流输出端接地。
[0040]在该种信号采集系统设计情况下，可通过电流检测法实现气相有机物浓度的检测，具体检测方法为:合上开关7，且紫外光源I发出紫外光，在光照条件下，纳米TiO2膜2被光激发产生光生电子-空穴对，由于纳米TiO2膜2与导电金属基体3之间存在能带差异，光生电子会自发向导电金属基体3迁移，进而在纳米TiO2膜2与导电金属基体3的界面上形成空间电荷层。
[0041]当空间电荷层达到稳定状态时，电流为0，激发产生的光生电子-空穴对的形成速度与光生电子、光生空穴的复合速度保持平衡。
[0042]当纳米TiO2膜2表面存在气相有机物时，光生空穴因与气相有机物发生光催化氧化反应而被消耗，多余的光生电子则通过微安表6形成电流信号，电流的大小取决于光生空穴的反应速度，即气相有机物的浓度。[0043]另外，上述信号采集系统5还包括有分别与导电金属基体3和纳米TiO2膜2电连接的毫伏表4。
[0044]在该种信号采集系统设计情况下，可通过电位检测法实现气相有机物浓度的检测，具体检测方法为:断开开关7，且紫外光源I发出紫外光，在光照条件下，纳米TiO2膜2被光激发产生光生电子-空穴对，由于纳米TiO2膜2与导电金属基体3之间存在能带差异，光生电子会自发向导电金属基体3迁移，进而在纳米TiO2膜2与导电金属基体3的界面上形成空间电荷层，并具有一定的电位差。
[0045]当空间电荷层达到稳定状态时，持续光照形成的光生电子-空穴对通过再复合消耗，两层间电位达到一个稳定值。
[0046]当纳米TiO2膜2表面存在气相有机物时，光生空穴因与气相有机物发生光催化氧化反应而被消耗，相应的光生电子转移到导电金属基体3上，使得纳米TiO2膜2与导电金属基体3之间的电位差发生变化。
[0047]当光生电子-空穴对的激发形成、对应于气相有机物浓度的空穴反应消耗以及光生电子-空穴对再复合消耗达到再次平衡时，自毫伏表4得出的电位差变化即反映了气相有机物的浓度。
[0048]检测完毕后，合上开关7，多余的光生电子通过接地消除，电位差恢复初始状态。
[0049]为了便于本领域技术人员理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0050]实施例1
[0051]①、基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备
[0052]通过阳极氧化法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为TiO2纳米管阵列膜，以高纯Ti片为阳极，石墨为阴极，电解液为含0.3mol/L HF的乙二醇溶液，阳极电压为100V,阳极氧化时间为IOh ;阳极氧化完成后，TiO2Ai纳米管阵列膜在超声波中震荡Imin去除表面破碎的纳米管，经高纯水中清洗5min，40°C恒温箱中保温5h干燥，阳极氧化的TiO2纳米管阵列在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0053]②、紫外光源I选择LED紫外光源，且光功率为120mW/cm2，波长为300nm。
[0054]③、气相有机物浓度的检测
[0055]按照图1安装信号采集系统以及整个检测装置，并采用电位法测量气相有机物的浓度。
[0056]实施例2
[0057]基于导电金属基体3的纳米1102膜2的制备、紫外光源的选择同实施例1，不同的是采用电流法测量气相有机物的浓度。
[0058]实施例3
[0059]①、基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备
[0060]通过水热法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为纳米TiO2管膜，取IOmoI/L NaOH水溶液IOmL置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并将Ti片置于其中，将密封的反应釜加热至180°C，保温10h，完全冷却，高纯水中清洗5min ;将Ti02/Ti纳米管膜置于IOmL浓度为lmol/L的盐酸中浸泡30min酸化，高纯水中清洗5min，烘干后在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0061]②、紫外光源I选择氙灯光源，且光功率为1000mW/cm2，波长为200nm。[0062]③、气相有机物浓度的检测
[0063]按照图1安装信号采集系统以及整个检测装置，并采用电位法测量气相有机物的浓度。
[0064]实施例4
[0065]基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备同实施例3，不同的是紫外光源I选择LED紫外光源，且光功率为1500mW/cm2，波长为400nm，并且采用电流法测量气相有机物的浓度。
[0066]实施例5
[0067]①、基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备
[0068]通过溶胶凝胶法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为纳米TiO2颗粒膜，取17mL的钛酸四丁酯加入到40mL的无水乙醇中搅拌30min获得均匀溶液A ;取IOmL冰醋酸和42.5mL的95%乙醇(体积百分比)搅拌30min获得均匀溶液B ;强烈搅拌过程中将A溶液缓慢滴加到B溶液中，并继续搅拌30min，得到透明而均匀的TiO2溶胶；将直径为20cm的高纯Ti片用双面胶固定于旋涂仪的中心位置，设置旋转速度为lOOOrpm，取TiO2溶胶10 μ L滴在Ti片表面，并在旋转过程中均匀涂覆在Ti片表面，烘干；重复上述过程5次，获得具有一定厚度的TiO2胶体膜，并在马弗炉中进行热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0069]紫外光源的选择、气相有机物浓度的检测均同实施例1。
[0070]实施例6
[0071]①、基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备
[0072]通过溶胶凝胶法制备，导电金属基体3为Cu且纳米TiO2膜2为纳米TiO2颗粒膜，取17mL的钛酸四丁酯加入到40mL的无水乙醇中搅拌30min获得均匀溶液A ;取IOmL冰醋酸和42.5mL的95%乙醇(体积百分比)搅拌30min获得均匀溶液B ;强烈搅拌过程中将A溶液缓慢滴加到B溶液中，并继续搅拌30min，得到透明而均匀的TiO2溶胶；将直径为20cm的高纯Cu片用双面胶固定于旋涂仪的中心位置，设置旋转速度为lOOOrpm，取TiO2溶胶10 μ L滴在Cu片表面，并在旋转过程中均匀涂覆在Cu片表面，烘干；重复上述过程5次，获得具有一定厚度的TiO2胶体膜，并在马弗炉中进行热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
[0073]紫外光源的选择、气相有机物浓度的检测均同实施例5。
[0074]实施例7
[0075]基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备方法、紫外光源的选择、气相有机物浓度的检测均同实施例1，不同的是电解液为含0.3mol/L NH4F的乙二醇溶液，同时，阳极电压为60V，阳极氧化时间为6h。
[0076]实施例8
[0077]①、基于导电金属基体3的纳米TiO2膜2的制备
[0078]通过水解沉淀法制备，导电金属基体3为Ti且纳米TiO2膜2为纳米TiO2颗粒膜，冰水浴下配制250mL浓度为0.lmol/L的TiCl4水溶液待用，采用H2SO4溶液调整其pH值为
2.5。在85°C水浴、搅拌条件下，配制质量浓度为30%的尿素溶液135mL，并将剪成一定形状的Ti片加入尿素溶液中，持续搅拌。
[0079]蠕动泵以lmL/min的速度将TiCl4水溶液滴加进入钛片的尿素溶液中，滴加完成后在85°C水浴条件下继续搅拌30min，取出Ti片再分别用蒸馏水和无水乙醇交替清洗3遍。将Ti片负载纳米TiO2放入马弗炉中500°C热处理2h，实现负载水解沉淀的非晶TiO2颗粒膜的晶化。
[0080]紫外光源的选择、气相有机物浓度的检测均同实施例4。以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本【技术领域】的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征是该检测装置包括有: 紫外光源(I); 基于导电金属基体(3)的纳米TiO2膜(2)，置于所述紫外光源(I)的光路上并用于负载待测气相有机物； 信号采集系统(5)，用于采集光催化降解该待测气相有机物的过程中纳米TiO2膜(2)与导电金属基体(3)之间的电位或电流变化数据，以检测该待测气相有机物的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述紫外光源(I)为光功率可连续调节式紫外光源设备，且紫外光源(I)的光功率为5-1500mW/cm2，波长为 200 -400nm。
3.根据权利要求1所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述导电金属基体(3)为Pt、Au、Ag、Cu或Ti，且所述基于导电金属基体(3)的纳米TiO2膜(2 )是通过气相沉积法、溶胶凝胶法、水解沉淀法、水热法或阳极氧化法制备的。
4.根据权利要求3所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述基于导电金属基体(3)的纳米TiO2膜(2)是通过阳极氧化法制备的，导电金属基体(3)为Ti且纳米TiO2膜(2)为TiO2纳米管阵列膜，制备工艺为:以高纯Ti片为阳极，石墨为阴极，电解液为含0.3mol/L HF的乙二醇溶液，阳极电压为100V，阳极氧化时间为IOh ;阳极氧化完成后，TiO2Ai纳米管阵列膜在超声波中震荡Imin去除表面破碎的纳米管，经高纯水中清洗5min，40°C恒温箱中保温5h干燥，阳极氧化的TiO2纳米管阵列在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
5.根据权利要求3所述的 基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述基于导电金属基体(3)的纳米TiO2膜(2)是通过水热法制备的，导电金属基体(3)为Ti且纳米TiO2膜(2)为纳米TiO2管膜，制备工艺为:取lOmol/L NaOH水溶液IOmL置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并将Ti片置于其中，将密封的反应釜加热至180°C，保温10h，完全冷却，高纯水中清洗5min ;将TiO2Ai纳米管膜置于IOmL浓度为lmol/L的盐酸中浸泡30min酸化，高纯水中清洗5min，烘干后在马弗炉中热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
6.根据权利要求3所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述基于导电金属基体(3)的纳米TiO2膜(2)是通过溶胶凝胶法制备的，导电金属基体(3)为Ti且纳米TiO2膜(2)为纳米TiO2颗粒膜，制备工艺为:取17mL的钛酸四丁酯加入到40mL的无水乙醇中搅拌30min获得均匀溶液A ;取IOmL冰醋酸和42.5mL的95%乙醇搅拌30min获得均匀溶液B ;强烈搅拌过程中将A溶液缓慢滴加到B溶液中，并继续搅拌30min，得到透明而均匀的TiO2溶胶；将直径为20cm的高纯Ti片用双面胶固定于旋涂仪的中心位置，设置旋转速度为lOOOrpm，取TiO2溶胶10 μ L滴在Ti片表面，并在旋转过程中均匀涂覆在Ti片表面，烘干；重复上述过程5次，获得TiO2胶体膜，并在马弗炉中进行热处理晶化，热处理温度为500°C，时间为2h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述信号采集系统(5)包括有与导电金属基体(3)电连接的开关(7)和与开关(7)电连接的微安表(6)，所述微安表(6)的电流输出端接地。
8.根据权利要求7所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置，其特征在于:所述信号采集系统(5)还包括有分别与导电金属基体(3)和纳米TiO2膜(2)电连接的毫伏表⑷。
9.一种根据权利要求7所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置的检测方法，包括电流检测法，其特征在于: 合上开关(7)，且紫外光源(I)发出紫外光，在光照条件下，纳米TiO2膜(2)被光激发产生光生电子-空穴对，由于纳米TiO2膜(2)与导电金属基体(3)之间存在能带差异，光生电子会自发向导电金属基体(3)迁移，进而在纳米TiO2膜(2)与导电金属基体(3)的界面上形成空间电荷层； 当空间电荷层达到稳定状态时，电流为0，激发产生的光生电子-空穴对的形成速度与光生电子、光生空穴的复合速度保持平衡； 当纳米TiO2膜(2)表面存在气相有机物时，光生空穴因与气相有机物发生光催化氧化反应而被消耗，多余的光生电子则通过微安表(6)形成电流信号，电流的大小取决于光生空穴的反应速度，即气相有机物的浓度。
10.一种根据权利要求8所述的基于光催化反应的气相有机物浓度检测装置的检测方法，包括电位检测法，其特征在于: 断开开关(7)，且紫外光源(I)发出紫外光，在光照条件下，纳米TiO2膜(2)被光激发产生光生电子-空穴对，由于纳米TiO2膜(2)与导电金属基体(3)之间存在能带差异，光生电子会自发向导电金属基体(3)迁移，进而在纳米TiO2膜(2)与导电金属基体(3)的界面上形成空间电荷层，并具有一定的电位差； 当空间电荷层达到稳定状态时，持续光照形成的光生电子-空穴对通过再复合消耗，两层间电位达到一个稳定值； 当纳米TiO2膜(2)表面存在气相有机物时，光生空穴因与气相有机物发生光催化氧化反应而被消耗，相应的光生电子转移到导电金属基体(3)上，使得纳米TiO2膜(2)与导电金属基体(3)之间的电位差发生变化； 当光生电子-空穴对的激发形成、对应于气相有机物浓度的空穴反应消耗以及光生电子-空穴对再复合消耗达到再次平衡时，自毫伏表(4)得出的电位差变化即反映了气相有机物的浓度；检测完毕后，合上开关(7)，多余的光生电子通过接地消除，电位差恢复初始状态。
【文档编号】G01N27/00GK103454312SQ201310359663
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】徐光青, 吕珺, 刘家琴, 吴玉程 申请人:合肥工业大学