[发明专利]一种CO气体电化学传感器

说明书

一、技术领域

本发明涉及一氧化碳(CO)气体传感器，确切地说是一种CO气体电化学传感器。

二、背景技术

环境有害气体CO的含量一直是评价气体环境质量的重要指标之一，如何准确、快速、灵敏地监测其含量有着重要的意义。空气中的CO浓度达到10ppm，10min后将引起人体神经系统反应，使人行动迟缓，意识不清；浓度达到30ppm，将导致人视觉和听力障碍；浓度达到35ppm，将会对人体产生损害，导致身体缺氧及致命(D.Gorman，A.Drewry，Y.L.Huang，C.Sames，Toxicology，2003，187，25)。

目前国内外普遍使用的CO气体传感器有两类，一类是基于比尔定律和气体对红外线的选择性吸收原理，采用气体滤波相关技术和红外探测器设计而成(施德恒，刘建新，许启富，光学技术，2000，27，91)，但其灵敏度和选择性受到气体滤波片的限制。另一类是基于电化学原理的传感器，通常以贵重金属作为工作电极。两者相比，后者灵敏度较高(1ppm)，缺点是使用寿命短。原因是后者在使用过程中，气体的氧化产物和其它干扰气体吸附在工作电极的活性位点上引起工作电极中毒，逐渐降低其催化活性和灵敏度(N.W.Cant，P.W.Fredrickson，J.Catal.1975，37，531)。另外，电化学式CO传感器多采用液体电解质(C.G.Chen，J.B.He，D.Xu，X.L.Tan，et al，Sens.Actuators B，2005，107，866)，传感器需要密封以防止电解质泄漏。为此，严河清等采用了固体聚合物电解质用于一氧化碳的检测(严河清；陆君涛；王鄂凤；林芳；钱建平；固体聚合物电解质一氧化碳传感器，申请号：01252229.5)。孙鲲鹏等应用化学还原法制备的Pd-Nafion复合膜固态电极对一氧化碳的电催化氧化反应具有较好的催化活性(孙鲲鹏，杨  明，白守礼，陈霭繁，罗瑞贤，北京化工大学学报，2002，29，59)。但上述传感器的灵敏度、响应时间和检测限仍有待提高。因此，在保证电化学传感器简便、快速和灵敏的前提下，延长其使用寿命，是目前CO气体电化学传感器的制造所急需解决的问题。

纳米铂(Pt)(L.H.Leung，A.Wieckowski，M.J.Weaver，J.Phy.Chem.，1988，92，6985)、对CO转化为CO₂具有较强的催化作用；但采用单一的纳米Pt作为催化剂时，过量的CO不可逆地吸附在催化剂表面，导致催化剂易中毒；若使用复合金属材料可以有效抑制催化剂的中毒，如Acres等研究表明Pt/Ru电极对CO具有较好的耐受性(G.J.K.Acres，J.C.Frost，G.A.Hards，R.J.Potter，et al，Cataly.Today，1997，38，393)。申请人前期研究中，制备的纳米铂-镍/碳纳米管(Pt-Ni/MWCNT)修饰电极，对CO表现出优良的抗污染能力(G.P.Jin，X.Peng，Q.Z.Chen，Electroanal.，2008，20，907)。

研究已发现纳米碳管具有独特吸脱附性能、优良的电子传导性、孔腔空间立体选择性、大的比表面积、高机械韧性(R.H.Baughman，A.A.Zakhidov，W.A.Heer，Science，2007，297，787)。这些独特的性能，使纳米碳管在成为一种优良的催化剂的同时，可望成为一种优良的催化剂载体材料。未加修饰的碳纳米管已经被用来检测ppm级浓度范围的CO和H₂S等常见气体，但优势不明显，只是加快了检测的响应速度，且受到湿度、CO₂、NH₃等影响(O.K.Varghese，P.D.Kichambre，D.Gong，K.G.Ong，E.C.Dickey，C.A.Grimes，Sens.Actuators，B，2001，81，32)。碳纳米管经过强酸处理后，其表面含有羧基、羟基等含氧基团，易与贵金属离子发生键合，可制得以碳纳米管为载体的纳米贵金属复合催化剂。如：纳米钯/碳纳米管和铂-镍/碳纳米管复合催化剂分别可用作氧气和一氧化碳传感器的敏感膜，提高了检测的灵敏度(Y.Lin，X.Gui，X.Ye，Electrochem.Commun.，2005，7，267；G.P.Jin，X.Peng，Q.Z.Chen，Electroanal.，2008，20，907)。