一种多肽调控氧化锌制备NO2气敏传感器的方法与流程

本发明涉及气体传感器领域，特别涉及一种多肽调控氧化锌的合成方法及其在no2气敏传感器中的应用。根据多肽调控的氧化锌在紫外光下传感器电阻变化来检测no2气体。

背景技术：

no2是一种高温下棕红色有毒气体。人为产生的no2主要来源于汽车尾气的排放，锅炉废气等。no2是形成酸雨的主要成分，也会导致光化学污染，no2还会损伤人体呼吸道，引起肺水肿等问题。所以对no2气体的实时连续监测十分重要。

目前气体传感器主要包括半导体气体传感器、电化学气体传感器、红外气体传感器、热导式气体传感器、固体电解质气体传感器等。其中半导体传感器占有60％左右，但是目前半导体传感器也存在设备复杂，操作温度高，响应较慢等问题。因此需要操作简单、使用条件要求不高、且灵敏度较高的传感器。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种多肽调控氧化锌制备no2气敏传感器的方法，在紫外光下测量达到有效、快速检测no2气体，同时降低设备使用温度和操作复杂等问题。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的方案如下：

多肽调控氧化锌制备no2气敏传感器的方法，包括以下步骤：

步骤1：制备氧化锌纳米结构的气敏材料，其制备过程如下：

将不同质量的多肽加入20ml混合溶液中，溶液包括硝酸锌与六亚甲基四胺溶液，硝酸锌与氢氧化钠溶液，醋酸锌与氢氧化钠溶液，搅拌均匀，水热反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥处理，得到氧化锌材料。

步骤2：制备no2气体传感器，将步骤1所得的氧化锌材料加入适量水超声分散，得到均匀分散的氧化锌悬浊液，将悬浊液通过移液枪转移到喷笔的容器中，使用喷涂法均匀的喷涂在叉指电极上，烘干后制备出no2气体传感器。

在以上方案的基础上，优选的，所述的多肽为pg-7(tmganlglkwpv)和二苯丙氨酸二肽(l-phe-l-phe；ff)。

在以上方案的基础上，优选的，所述步骤1醋酸锌与氢氧化钠溶液中醋酸锌浓度为0.1mol/l,氢氧化钠浓度为1mol/l，混合溶液的ph为7；多肽pg-7质量为7mg。

所述的硝酸锌和六亚甲基四胺溶液中硝酸锌与六亚甲基四胺浓度都为0.01mol/l；多肽ff质量为6mg。

所述硝酸锌与氢氧化钠溶液中硝酸锌量为150mg，氢氧化钠量为600mg；多肽pg-7质量为5mg。

在以上方案的基础上，优选的，所述的磁力搅拌时间为30min。

在以上方案的基础上，优选的，所述的水热条件为80℃反应12h，在聚四氟乙烯反应釜中进行。

在以上方案的基础上，优选的，所述的离心条件为8000rpm下离心10分钟。

在以上方案的基础上，优选的，所述的洗涤和干燥条件为去离子水和无水乙醇交替清洗、离心3次，最终得到的沉淀在60℃干燥24h。

在以上方案的基础上，优选的，所述步骤2中悬浊液中氧化锌浓度为10mg/ml，超声30～50min。

在以上方案的基础上，优选的，喷笔气压为0.01mpa～0.03mpa。

在以上方案的基础上，优选的，所述步骤2中叉指电极指间距离为50μm。

在以上方案的基础上，优选的，所述步骤2中传感器在60℃烘干5h。

与现有技术相比，本发明的技术方案如下：

(1)本发明通过多肽介导无机离子沉积，形成外貌精美、结构统一的氧化锌晶体；

(2)本发明通过多肽介导生成氧化锌，调控氧化锌晶体形貌结构，提高所制备的no2气体传感器的整体性能。

附图说明

图1是本发明多肽调控氧化锌的合成方法及其在no2气敏传感器中的应用实施例1与对比例1中制备的no2气体传感器氧化锌的扫描电镜图与在紫外光下对no2气体的响应恢复测试图。

其中，(a)zno/无多肽的扫描电镜图，(b)zno/pg-7多肽的扫描电镜图，(c)zno/无多肽的气敏图，(d)zno/pg-7的气敏图，(e)zno/pg-7在25ppmno2的响应恢复曲线图，(f)zno/pg-7传感器灵敏度与no2浓度之间的线性关系图，(g)zno/pg-7传感器在no2气体浓度为20ppm时的重复性测试图。

图2是本发明多肽调控氧化锌的合成方法及其在no2气敏传感器中的应用实施例2与对比例2中制备的no2气体传感器氧化锌的扫描电镜图与在紫外光下对no2气体的响应恢复测试图。

其中，(a)zno/无多肽的扫描电镜图，(b)zno/ff肽的扫描电镜图，(c)zno/无多肽的气敏图，(d)zno/ff肽的气敏图。

图3是本发明多肽调控氧化锌的合成方法及其在no2气敏传感器中的应用实施例3与对比例3中制备的no2气体传感器氧化锌的扫描电镜图与在紫外光下对no2气体的响应恢复测试图。

其中，(a)zno/无多肽的扫描电镜图，(b)zno/pg-7肽的扫描电镜图，(c)zno/无多肽的气敏图，(d)zno/pg-7肽的气敏图，

具体实施方式

以下将结合附图和实施例子对本发明进行陈述，根据陈述实施例更好地理解本发明。

实施例1

以多肽pg-7(氨基酸序列tmganlglkwpv)为调控剂，多肽调控氧化锌的合成方法及其在no2气敏传感器中的应用，具体方法如下：

步骤1：制备氧化锌纳米材料；其制备过程如下：

向20ml的0.1mol/l的醋酸锌溶液中滴加适量的1mol/l的氢氧化钠溶液，调节ph为7，加入7mgpg-7多肽，磁力搅拌30min，将溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，在80℃水热12h，将所得沉淀离心烘干得到氧化锌纳米材料。

步骤2：制备no2气体传感器；其制备过程如下：

将步骤1所得的氧化锌材料取20mg混于2ml去离子水中，超声分散30min，得到均匀分散的氧化锌悬浊液，将悬浊液通过移液枪转移到喷笔的容器中，使用喷涂法均匀的喷涂在干净的叉指电极上，烘干后制备出no2气体传感器。

在本实施例中，氧化锌纳米材料的sem图如图1中b所示，相较于图a中未加入多肽的氧化锌，加入多肽的氧化锌尺寸较大，晶粒的一致性较好，说明多肽在生成氧化锌的过程中起到了较好的调控作用。

在本实施例中，no2气体传感器对不同浓度(10、15、20、25ppm)no2气体的响应恢复测试如图1中d所示，响应恢复时间如图1中e所示；相较于图1中c未加入多肽的响应，多肽调控氧化锌的no2气体传感器灵敏度较高，且响应值随着no2气体浓度的增加而增加。且有较快的响应恢复时间，响应恢复时间分别为19s和31s(图1e所示)，是no2气敏传感器的重要性能指标。

在本实施例中，制备出no2气体传感器，对不同浓度(10、15、20、25ppm)no2气体响应恢复测试(如图1中d)后，测试气体传感器的灵敏度与no2浓度之间的线性关系如图1中f所示。由图可知，随着no2浓度的增加多肽调控氧化锌的no2气体传感器灵敏度增大且具有良好的线性关系。在对其进行重复性测试如图1中g所示，由图可知，多肽调控氧化锌的no2气体传感器的重复性较好。可以重复多次使用。

实施例2

以二苯丙氨酸二肽(l-phe-l-phe；ff)为调控剂，多肽调控氧化锌的合成方法，具体方法如下：

向0.01mol/l硝酸锌和0.01mol/l六亚甲基四胺溶液共20ml中加入6mgff多肽，80℃水热12h。其他步骤如上所述，制备得到的氧化锌sem如图2b所示，其对不同浓度no2的响应如图2d所示。

由图中可以看出，有多肽调控的氧化锌呈现花状结构，相比于未加入多肽(图2a)的氧化锌，加入多肽的氧化锌晶粒更加一致，且具有更明显的花状结构，说明多肽在氧化锌生长过程中起到很好的调控和促进生长的作用；相对于未加入多肽的no2传感器响应值更高，且具有较好的恢复性。

实施例3

以多肽pg-7(氨基酸序列tmganlglkwpv)为调控剂，多肽调控氧化锌的合成方法，具体方法如下：

取150mg硝酸锌和600mg氢氧化钠溶于20ml去离子水中，充分溶解后加入5mgpg-7肽，80℃水热12h。其他步骤如上，得到氧化锌如图3b所示，其对不同浓度no2的响应如图3d所示。

由图中可以看出，有多肽调控的氧化锌呈现较规则花状结构，相比于未加入多肽(图3a)的氧化锌，加入多肽的氧化锌晶体更加一致，且具有更明显的晶体结构，说明多肽在氧化锌生长过程中起到很好的调控和促进生长的作用，能够使氧化锌由不规则晶体向尺寸大小一致的晶体转变；相对于未加入多肽的no2传感器响应值较高。

对比例1

未加多肽制备氧化锌no2气体传感器。具体步骤如下：

向20ml0.1mol/l的醋酸锌溶液中滴加1mol/l的氢氧化钠溶液使其ph为7。磁力搅拌30min，放入聚四氟乙烯反应釜中，80℃水热12h，离心烘干得到氧化锌粉末。其他步骤和条件与实施例1中步骤2相同。其晶体的sem如图1a所示，测试传感器随不同浓度no2的响应恢复曲线如图1c中所示，对其线性度测试如图1f中所示。

由图可知，未加入多肽的氧化锌晶体结构较差，传感器对no2的响应值较低，随no2浓度升高提升不明显。

对比例2

以硝酸锌、六亚甲基四胺为原料合成氧化锌。80℃水热12h。其他步骤如上所述，制备得到的氧化锌的sem如图2a所示。

其晶体结构为较粗的棒状结构。相较于加入多肽的氧化锌，未加入多肽的氧化锌尺寸较大，花状结构较少，晶体一致性较差，且响应值较低，恢复性较差。

对比例3

以硝酸锌、氢氧化钠为原料合成氧化锌。80℃水热12h。其他步骤如上所述，制备得到的氧化锌sem如图3a所示。

其晶体结构为未定型，有少量花状结构。相较于加入多肽的氧化锌，未加入多肽的氧化锌未定型，花状结构较少，晶体一致性较差，且响应值较低，恢复性较差。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点。

以上实施例是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。