一种非晶贵金属RuO

一种非晶贵金属ruo
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/zno mems氢气传感器的制备方法
技术领域
1.本发明涉及氢气传感器技术领域，具体地说是一种非晶贵金属ruo
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/zno mems氢气传感器的制备方法。


背景技术：

2.h2是一种无色无味的气体，由于其对环境的影响相对较低，因此被认为是一种有吸引力的替代能源和可持续能源载体，然而h2分子的泄漏当超过一定的临界浓度时会引起严重的爆炸和极其致命的，开发合适的传感器来确定和控制产生、运输、储存和利用过程中的h2含量变得越来越重要和紧迫。
3.传统的气体传感器通常由贵金属(如pd、au、rh和ru等)与mos结合所制备，由于其特定的化学和电子敏化特性表现出独特的特性，但贵金属的稀缺性和昂贵性极大地阻碍了它们的广泛应用，因此需要通过增加活性位点的数量或优化本征活性来构建高活性贵金属催化剂，由于气敏反应的吸附/解吸动力学非常依赖于催化剂的表面结构，构建催化剂表面结构，特别是在原子水平上，已成为进一步提高贵金属催化性能的有效且成功的策略，其中，与具有平移周期性的晶体材料不同，非晶材料固有的无序性可以在松散结合的原子自由体积区中产生大量的“悬空键”和缺陷，这可以提供更多的活性位点，从而提高催化活性，此外在性能层面非晶材料表现出更优越的性能，非晶贵金属在催化领域有很多应用，但在气体传感器领域作为敏化剂的应用却非常少见，现有技术中只有合成覆盖zno纳米棒的非晶pd层(am-pd/zno nrs)，与结晶pd纳米粒子装饰的zno纳米棒传感器相比，am-pd/zno nrs传感器表现出显着的传感响应(sensor actuators b:chemical 2018,262，460-468)。然而，作为敏化剂的ru基非晶贵金属尚未在电阻式气体传感器领域进行研究。
4.因此，需要设计一种非晶贵金属ruo
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/zno mems氢气传感器的制备方法，所制备的ruo
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/zno复合气敏材料对氢气具有良好的敏感特性，在制造新型高效气体传感器方面具有广阔的应用前景。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种非晶贵金属ruo
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/zno mems氢气传感器的制备方法，所制备的ruo
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/zno复合气敏材料对氢气具有良好的敏感特性，在制造新型高效气体传感器方面具有广阔的应用前景。
6.为了达到上述目的，本发明提供一种非晶贵金属ruo
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/zno mems氢气传感器的制备方法，包括有以下步骤：
7.s1：将制备好的复合气敏材料和乙醇在玛瑙研钵中混合，研磨成糊状；
8.s2：将糊状物涂在pt叉指电极上，在室温下自然干燥后得到电阻型传感器mems传感器；
9.s3：将电阻型传感器mems传感器放置在带有加热电极和测试电极的底座上，随后将传感器的加热电压设置为1.5v，持续24小时；
10.复合气敏材料的制备方法包括以下步骤：
11.s10：在电磁搅拌下，将250mg～300mg rucl3·
xh2o水合物溶解在5毫升去离子水中，然后加入4～5g lioh
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h2o后形成溶液；
12.s20：将溶液在搅拌下加热至85～90℃以蒸发水，并将蒸发后所得固体产物在静态空气中在350～410℃下煅烧2小时；
13.s30：固体产物用去离子水和乙醇彻底洗涤并在60℃下干燥过夜后获得催化剂并标记为ruo
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；
14.s40：将8～15mmolzn(ch3coo)2·
2h2o、5～12mmol六甲基四胺(hmt)和5mmol十二烷基硫酸钠(sds)溶解在20ml蒸馏水中，剧烈搅拌30分钟后，将溶液转移到50ml高压釜中，并在160～200℃下保持9～12小时；
15.s50：高压釜冷却至室温后，将白色沉淀物离心，用乙醇和蒸馏水洗涤数次，60℃干燥过夜；
16.s60：将沉淀物在空气气氛中以2℃/min的加热速率在500℃下煅烧2小时，得到zno纳米片；
17.s70：将s30获得的ruo
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(0.5～2mg)分散到20ml乙醇中并与zno(100mg)混合后形成混合物；
18.s80：将混合物用超声波处理1小时，然后在60～80℃下干燥8小时，最终得到ruo
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修饰的zno。
19.本发明同现有技术相比，通过对氯化钌和氢氧化锂的混合物进行退火，已经成功地合成了基于ru的非晶贵金属(ruo
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)，zno是典型的n型金属氧化物半导体，具有3.37ev的宽带隙能量，它也是研究最深入的传感材料之一，然后使用ruo
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通过自组装对zno表面进行改性，用少量ruo
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改性zno后，ruo
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/zno传感器对氢气显示出很高的响应值以及超低的检测限(低至1ppm)，在制造新型高效气体传感器方面具有广阔的应用前景。
附图说明
20.图1为本发明所制备的非晶贵金属ruo
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的xrd图。
21.图2为本发明所制备的多孔zno纳米片微观形貌扫描电镜和透射电镜显示图。
22.图3为本发明非晶贵金属ru质量分数为0.5％的ruo
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/zn-o纳米复合材料的高分辨显示图。
23.图4为本发明非晶贵金属ruo
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含量为1％的ruo
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/zno纳米复合在280℃时对不同浓度氢气的灵敏度曲线表。
24.图5为本发明非晶贵金属ruo
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含量为1.2％的ruo
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/zno纳米复合在280℃时对1ppm氢气的灵敏度曲线表。
具体实施方式
25.现结合附图对本发明做进一步描述。
26.参见图1-5，本发明提供一种非晶贵金属ruo
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/zno mems氢气传感器的制备方法，包括有以下步骤：
27.s1：将制备好的复合气敏材料和乙醇在玛瑙研钵中混合，研磨成糊状；
气体浓度的增加，表明我们所制备的mems传感器可以检测极低的h2并且可以快速检测到h2的存在。
42.实施例2：
43.在电磁搅拌下，将300mg rucl3·
xh2o水合物溶解在5ml去离子水中，然后加入5.0g lioh
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h2o，将溶液在搅拌下加热至85℃以蒸发掉蒸馏水，并将所得固体在静态空气中在410℃下煅烧2h,样品用去离子水和乙醇彻底洗涤并在60℃下干燥过夜，所得样品被标记为ruo
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，将8mmol zn(ch3coo)2·
2h2o、5mmol六甲基四胺(hmt)和5mmol十二烷基硫酸钠(sds)溶解在20ml蒸馏水中，剧烈搅拌30分钟后，将溶液转移到50ml的高压釜中，并在180℃下保持9h，高压釜冷却至室温后，将白色沉淀离心，用乙醇和蒸馏水洗涤数次，60℃干燥过夜，最后将沉淀物在空气气氛中以2℃/min的加热速率在500℃下煅烧2小时，得到zno纳米片，最后将获得的1mg ruo
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分散到20ml乙醇中并与zno(100mg)混合，将混合物用超声波处理1小时，然后在60℃下干燥8小时，最终得到ruo
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/zno。
44.将制备好的复合气敏材料ruo
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/zno和乙醇在玛瑙研钵中混合，研磨成糊状涂在pt叉指电极上，在室温下自然干燥后得到电阻型传感器mems传感器，将传感器放置在带有加热电极和测试电极的底座上，随后将传感器的加热电压设置为1.5v，持续24小时后即可完成。
45.采用实例1中气敏性能的测试方法测试所制得ruo
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/zno纳米复合气敏材料，其结果如图5所示，得出该材料在280℃时对1ppm氢气的灵敏度为1.1，图5所示的响应值与实例1相近。
46.实施例3：
47.在电磁搅拌下，将300mg rucl3·
xh2o水合物溶解在5ml去离子水中，然后加入5.0g lioh
·
h2o，将溶液在搅拌下加热至90℃以蒸发掉蒸馏水，并将所得固体在静态空气中在400℃下煅烧2h,样品用去离子水和乙醇彻底洗涤并在60℃下干燥过夜，所得样品被标记为ruo
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，将15mmol zn(ch3coo)2·
2h2o、12mmol六甲基四胺(hmt)和5mmol十二烷基硫酸钠(sds)溶解在20ml蒸馏水中，剧烈搅拌30分钟后，将溶液转移到50ml的高压釜中，并在160℃下保持9h，高压釜冷却至室温后，将白色沉淀离心，用乙醇和蒸馏水洗涤数次，60℃干燥过夜，将沉淀物在空气气氛中以2℃/min的加热速率在500℃下煅烧2小时，得到zno纳米片，最后将获得的1mg ruo
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分散到20ml乙醇中并与zno(100mg)混合，将混合物用超声波处理1小时，然后在60℃下干燥8小时，最终得到ruo
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/zno，图3中是ruo
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/zno的透射图，图中清晰地表明了非晶贵金属ruo
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被成功负载到了zno的表面。
48.将制备好的复合气敏材料ruo
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/zno和乙醇在玛瑙研钵中混合，研磨成糊状涂在pt叉指电极上，在室温下自然干燥后得到电阻型传感器mems传感器，将传感器放置在带有加热电极和测试电极的底座上，随后将传感器的加热电压设置为1.5v，持续24小时后即可完成老化过程。
49.以上仅是本发明的优选实施方式，只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
50.本发明从整体上解决了现有技术中没有将非晶贵金属在电阻式气体传感器领域
上的应用，通过合成了非晶贵金属ruo
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，又通过自组装的方法将其复合到了zno纳米片上，通过调控非晶贵金属ruo
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的量可以合成含有不同质量分数非晶贵金属ruo
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气敏材料，通过控制非晶贵金属ruo
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合成过程中lioh
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h2o的含量，可以有效地控制非晶贵金属的合成，由于非晶贵金属ru的表面存在大量的配位不饱和点和悬挂键，具有优异的增敏特性，因此所制备的复合材料被涂敷到mems芯片上，可以制备高灵敏低功耗的氢气传感器，在制造新型高效气体传感器方面具有广阔的应用前景。