一种用SnO2-MoO3纳米片传感器检测三甲胺方法

一种用sno
2-moo3纳米片传感器检测三甲胺方法
技术领域
1.本发明涉及一种检测三甲胺方法，特别是涉及一种用sno2-moo3纳米片传感器检测三甲胺方法。


背景技术：

2.三甲胺(tma)是一种具有刺激性臭味的含氮挥发性有机物，主要用作消毒剂、天然气的警报剂、分析试剂和有机合成原料，也用于医药、农药、照相材料、橡胶助剂、炸药、化纤溶剂、表面活性剂和染料的原料，同时三甲胺与海产品也有紧密的联系，在鱼类腐败的过程中会释放三甲胺，并且释放的浓度与腐败程度呈正比例关系，浓度在10 ppm 以内，则被视新鲜；在10-50 ppm 之间，食品出现腐败，在50 ppm 以上，则被视为严重腐败。另外国际安全机构建议空气中的三甲胺浓度应低于 10 ppm。长时间暴露于三甲胺气体中将严重灼伤眼角膜、损害皮肤、刺激人类的呼吸系统，呼入体内后将导致肝脏神经等系统发生紊乱。另外三甲胺易燃烧，其蒸气与空气形成爆炸性混合物，对人类的生命健康及财安全造成严重的威胁，因此，对三甲胺的检测具有很重要的意义，同时为了营造一个友好的环境，保证人体健康，开发快速、选择性检测三甲胺的气体传感器势在必行。
3.moss因其便携性、高灵敏度、低成本制造和稳定的性能而受到广泛关注。三氧化钼（moo3）是一种典型的宽禁带（3.2 e v）n型氧化物半导体，空气中呈现白色或浅灰色结晶，moo3自身的物化性质稳定，具有一般氧化物半导体共有的气敏特性，材料表面具有较多的吸附氧；其次，moo3具有多种可控的微纳形貌，多有利于气体输运，使材料表面负氧离子与气体分子的反应更容易；第三，作为典型的n型材料，moo3是电子导电，并且电子迁移率一般高于空穴，有利于调控材料的导电性；最后，moo3也适用于金属离子的掺杂和异质结的构筑等改性方法。因此，利用moo3作为气敏材料，研究其对三甲胺等易挥发有机化合物的敏感性能具有重要商业价值。随着纳米技术的兴起和蓬勃发展，利用先进的纳米技术，合成性能优异的moo3纳米结构敏感材料，并通过组成复合来增强敏感性能成为开发高效气体传感器的有效技术手段。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用sno
2-moo3纳米片传感器检测三甲胺方法，因此，本发明采用两步水热合成方法制备出由纳米组装的sno2ꢀ‑
moo3纳米片材料，其所用设备简单、成本低廉，产品纯度高，适于大规模工业化生产，并对三甲胺气体表现出良好的检测特性，且最大的优势在于可高效，准确检测，将为环境空气污染物的现场在线监测提供一条简便快捷的技术手段。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用sno
2-moo3纳米片传感器检测三甲胺方法，所述方法包括以下制备过程：a.首先制备sno
2-moo3纳米片，步骤如下：（1）称取四水合钼酸铵（（nh4)6mo7o
24
·
4h2o），500℃煅烧2小时，得到moo3纳米片；
（2）将上述制得moo3溶于h2o2(30%)中搅拌5分钟，再加入甲醇搅拌24小时，并在室温下超声处理30分钟，随后将溶液转移入容量为50ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h，自然降温后收集粉末，用去离子水和乙醇分别离心清洗3次后，将其保持60℃烘干备用；将前驱物直接放入马弗炉内升温至 400℃保持2 h，即可获得纯moo3纳米片材料；将获得moo3纳米片溶于水中，超声分散获得moo3纳米片悬浮液；（3)将二水合氯化亚锡（sncl2·
2h2o）和硫脲（ch4n2s）溶于去离子水中，室温搅拌30 min；将制备好的moo3纳米片悬浮液，加入上述溶液中，室温搅拌1 h后，将溶液转移入容量为50 ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12 h，自然降温后离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，70℃真空烘箱干燥；（4） 将干燥后的产物放入干净的坩埚中置入马弗炉中，300℃煅烧2小时，得到sno
2-moo3纳米片，将其保存在干燥器中以待进行分析检测；b.该材料可作为气体敏感材料制作气体传感器，用于三甲胺气体的检测，步骤如下：（1）将sno
2-moo3纳米片加入无水乙醇制成浆料，将其涂覆在带有两个金电极和四个铂导线的氧化铝陶瓷管外壁上；（2）将镍-铬合金加热丝穿过粘有样品的氧化铝陶瓷管，并将加热丝与陶瓷管平行，使其远离陶瓷管；（3）将陶瓷管的四根导电线和加热丝的两端分别焊接在六脚底座上，制得气体传感器元件；采用ws-30a气敏测试仪，测试传感器的气体敏感特性；测试温度为25~350℃。
6.本发明的优点和有益效果：（1）本发明以钼酸铵、氯化亚锡和硫脲为原料，两步水热法制备了sno2-moo3纳米片。具有成本低廉，可控性好，制备的材料纯度高、结晶好、分散性好的优点，适用于大规模工业化生产。
7.（2）本发明制得的sno2-moo3纳米片因具有独特的空间结构，不仅增加材料的比表面积，同时还能构筑发达的分级孔通道，使材料具有更好的渗透性，作为气敏材料制备的气体传感器对三甲胺在室温下表现出较高的灵敏度，良好的选择性和响应恢复特性，在检测环境中的有机挥发气体方面具有广阔的应用前景。
8.（3）本发明制作的sno2-moo3纳米片气体传感器制作工艺简单、成本低廉，适用于工业化批量生产。
附图说明
9.图1为三甲胺传感器的结构示意图；图2为气体传感器对25~350℃测试温度下10 ppm三甲胺气体的灵敏度曲线；图3为实施例3气体传感器对200℃下10 ppm三甲胺气体的响应恢复曲线；图4为实施例3气体传感器在200℃对10 ppm气体的选择性。
实施方式
10.下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
11.本发明起始原料是廉价易得的钼酸铵、氯化亚和硫脲，通过两步水热反应，经过离
心，洗涤，烘干和煅烧等处理。所制备的sno
2-moo3纳米片直径为2~4 μm，厚度为28 nm。将sno2ꢀ‑
moo3纳米片制备成气体传感器，因其独特的分层多孔道结构，对三甲胺表现出较高的灵敏度、良好的选择性和稳定性。
12.sno
2-moo3纳米片制备方法，包括以下步骤：（1）称取四水合钼酸铵(（nh4)6mo7o
24
·
4h2o)，500℃煅烧2小时，得到moo3纳米片；（2）将步骤1制得moo3溶于h2o2(30%)中搅拌5分钟，再加入甲醇搅拌24小时，并在室温下超声处理30分钟，随后将溶液转移入容量为50ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h，自然降温后收集粉末，用去离子水和乙醇分别离心清洗3次后，将其保持60℃烘干备用。将前驱物直接放入马弗炉内升温至 400℃保持2 h，即可获得纯moo3纳米片材料。将获得moo3纳米片溶于水中，超声分散获得moo3纳米片悬浮液；（3）将二水合氯化亚锡（sncl2·
2h2o）和硫脲（ch4n2s）溶于去离子水中，室温搅拌30 min。将步骤2制得的moo3纳米片悬浮液，加入上述溶液中，室温搅拌1 h后，将溶液转移入容量为50 ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h，自然降温后离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，70℃真空烘箱干燥；（4）将步骤3干燥后的产物放入干净的坩埚中置入马弗炉中，300℃煅烧2小时，得到sno
2-moo3纳米片，将其保存在干燥器中以待进行分析检测。
13.sno
2-moo3纳米片在三甲胺气体传感器应用，将sno
2-moo3纳米片放入研钵中研磨20分钟；然后加入无水乙醇，再继续研磨20分钟，制成浆料；用毛刷沾取少量浆料，均匀地涂覆在陶瓷管表面，然后在80℃条件下烘干，将镍-铬合金加热丝穿过粘有样品的陶瓷管，并将加热丝与陶瓷管的四根导电线分别焊接在六脚底座上，制得气体传感器元件。然后将其置于老化台上老化48小时，制得气体传感器元件；采用ws-30a气敏测试仪，测试传感器的气体敏感特性即可。
实施例1
14.制备moo3纳米片步骤一：称取10.00g四水合钼酸铵(（nh4)6mo7o
24
·
4h2o)，500℃煅烧2小时，得到moo3纳米片；步骤二：将步骤一制得moo3称取0.72g溶于h2o2(30%)中搅拌5分钟，再加入甲醇搅拌24小时，并在室温下超声处理30分钟；步骤三：将步骤二溶液转移入容量为50ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h，自然降温后收集粉末；步骤四：将步骤三收集粉末用去离子水和乙醇分别离心清洗3次后，将其保持60℃烘干备用；步骤五：将步骤四将前驱物直接放入马弗炉内升温至 400℃保持2 h，即可获得纯moo3纳米片材料。
实施例2
15.制备5%-sno
2-moo3纳米片步骤一、二、三、四、五同实施例1
步骤六：将0.0079 g二水合氯化亚锡（sncl2·
2h2o）和0.0074g硫脲（ch4n2s）溶于30 ml去离子水中，室温搅拌30 min。在超声辅助下，将步骤五制得的moo3纳米片取0.1006 g，加入上述溶液中分散，室温搅拌1 h后，将溶液转移入容量为50 ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h,自然降温后收集溶液；步骤七：将步骤六获得溶液离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，70℃真空烘箱干燥；步骤八：将步骤七干燥后的产物放入干净的坩埚置入马弗炉中，300℃煅烧2小时，得到5%-sno
2-moo3纳米片材料，将其保存在干燥器中以待进行分析检测。
实施例3
16.制备10%-sno2ꢀ‑
moo3纳米片步骤一、二、三、四、五同实施例1步骤六：将0.0262 g二水合氯化亚锡（sncl2·
2h2o）和0.0258 g硫脲（ch4n2s）溶于30 ml去离子水中，室温搅拌30 min。在超声辅助下，将步骤五制得的moo3纳米片取0.1503 g，加入上述溶液中分散，室温搅拌1 h后，将溶液转移入容量为50 ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h,自然降温后收集溶液；步骤七：将步骤六获得溶液离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，70℃真空烘箱干燥；步骤八：将步骤七干燥后的产物放入干净的坩埚中置入马弗炉中，300 ℃煅烧2小时，得到10%-sno
2-moo3纳米片材料，将其保存在干燥器中以待进行分析检测。
实施例4
17.制备15%-sno2ꢀ‑
moo3纳米片步骤一、二、三、四、五同实施例1步骤六：将0.0407 g二水合氯化亚锡（sncl2·
2h2o）和0.0404 g硫脲（ch4n2s）溶于30 ml去离子水中，室温搅拌30 min。在超声辅助下，将步骤五制得的moo3纳米片取0.3007 g，加入上述溶液中，室温搅拌1 h后，将溶液转移入容量为50 ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180 ℃保温12 h,自然降温后收集溶液；步骤七：将步骤六获得溶液离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，70℃真空烘箱干燥；步骤八：将步骤七干燥后的产物放入干净的坩埚中置入马弗炉中，300℃煅烧2小时，得到15%-sno
2-moo3纳米片材料，将其保存在干燥器中以待进行分析检测。
18.以制得的sno
2-moo3纳米片制成气体传感器，对三甲胺进行了相关的气敏性能测试：称取sno
2-moo3纳米片加入无水乙醇制成浆料，涂覆在氧化铝陶瓷管上，氧化铝陶瓷管上有两个金电极和四个铂导线，管中为镍-铬加热丝。将陶瓷管焊接在六脚底座上，制得气体传感器元件，如图1所示。
19.为了评估工作温度对气体传感器的影响以获得其最佳工作参数，以浓度为10 ppm的tma为目标，研究了样品在25至350
ꢀ°
c范围内的气敏性能气体气体传感器对10 ppm三甲
胺气体的灵敏度曲线图，如图2所示。从图中可以明显看出，在测试范围内，几种气体传感器的灵敏度出现差别，随着操作温度的增加，所有样品的响应值都倾向于先增加后减少，这主要可能是由于活性位点的减少和高温下表面反应速率的增加之间的竞争。其中，实施例1传感器最佳响应值为2.0；实施例2最佳响应值为6.1；实施例3最佳响应值为12.8；实施例4最佳响应值为2.1。通过对比发现，实施例3中的传感器在敏感特性上表现的更加出色（为实施例1的6.4倍）。图3所示为工作温度为200℃时对10 ppm三甲胺气体的响应-恢复曲线，由图可见，实施例3中的传感器对三甲胺具有良好的响应-恢复特性，图4所示以实施例3为例测试对10 ppm的6种气体选择性测试结果，可以看出本传感器对三甲胺气体的灵敏度非常高，实施例3气体传感器对干扰气体几乎无明显响应，对tma气体的响应值最大，约为其他干扰气体的5.1~10.7倍。表明实施例3对tma气体具有出色的选择性，表明可实现选择性识别有机挥发气体中的三甲胺，在三甲胺监测领域具有广阔的应用前景。

技术特征：
1.一种用sno
2-moo3纳米片传感器检测三甲胺方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：a.首先制备sno
2-moo3纳米片，步骤如下：（1）称取四水合钼酸铵（（nh4)6mo7o
24
·
4h2o），500℃煅烧2小时，得到moo3纳米片；（2）将上述制得moo3溶于h2o2(30%)中搅拌5分钟，再加入甲醇搅拌24小时，并在室温下超声处理30分钟，随后将溶液转移入容量为50ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12h，自然降温后收集粉末，用去离子水和乙醇分别离心清洗3次后，将其保持60℃烘干备用；将前驱物直接放入马弗炉内升温至 400℃保持2 h，即可获得纯moo3纳米片材料；将获得moo3纳米片溶于水中，超声分散获得moo3纳米片悬浮液；（3）将二水合氯化亚锡（sncl2·
2h2o）和硫脲（ch4n2s）溶于去离子水中，室温搅拌30 min；将制备好的moo3纳米片悬浮液，加入上述溶液中，室温搅拌1 h后，将溶液转移入容量为50 ml的密闭反应釜中，置于烘箱加热至180℃保温12 h，自然降温后离心分离，用去离子水和无水乙醇分别洗涤两次，70℃真空烘箱干燥；（4） 将干燥后的产物放入干净的坩埚中置入马弗炉中，300℃煅烧2小时，得到sno
2-moo3纳米片，将其保存在干燥器中以待进行分析检测；b.该材料可作为气体敏感材料制作气体传感器，用于三甲胺气体的检测，步骤如下：（1）将sno
2-moo3纳米片加入无水乙醇制成浆料，将其涂覆在带有两个金电极和四个铂导线的氧化铝陶瓷管外壁上；（2）将镍-铬合金加热丝穿过粘有样品的氧化铝陶瓷管，并将加热丝与陶瓷管平行，使其远离陶瓷管；（3）将陶瓷管的四根导电线和加热丝的两端分别焊接在六脚底座上，制得气体传感器元件；采用ws-30a气敏测试仪，测试传感器的气体敏感特性；测试温度为25~350℃。

技术总结
一种用SnO


技术研发人员：孟丹 何纯 李瑞祥 伞晓广 谢宗昇 康根雄 冉顺江
受保护的技术使用者：沈阳化工大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/26