[发明专利]基于中空六芒星Co3

说明书

本发明属于气体传感器制备技术领域，公开了一种基于中空六芒星Co₃O₄材料的甲醇传感器、制备方法及应用，基于中空六芒星Co₃O₄材料的甲醇传感器包括：铂引线、金电极、陶瓷管、气敏材料层、镍铬合金加热线圈；陶瓷管为氧化铝陶瓷管；氧化铝陶瓷管设置有2个Au电极、4个Pt引线；Co₃O₄气敏材料层均匀覆盖于所述氧化铝陶瓷管外表面；镍铬合金加热线圈从陶瓷管内侧穿过，用于控制气体传感器工作温度。本发明通过一步水热法，成功合成了Co₃O₄气敏材料。合成方法简单，成本低廉；本发明以氟化铵为结构导向剂，实现了中空三维结构的构筑，合成方法简单，成本低廉。

技术领域

本发明属于气体传感器制备技术领域，尤其涉及一种基于中空六芒星 Co₃O₄材料的甲醇传感器、制备方法及应用。

背景技术

目前：甲醇(methanol,CH₃OH)，又名羟基甲烷，是结构最为简单的饱和一元醇，是一种具有代表性的挥发性有机化合物，无色透明，与水完全互溶。广泛用于工厂和实验室的有机合成原料，有机溶剂，清洁剂等。但是甲醇具有剧毒性。工业酒精中大约含有4％的甲醇，若被不法分子当作食用酒精制作假酒，饮用后，会产生甲醇中毒。甲醇的致命剂量大约是70ml。甲醇的毒性对人体的神经系统和血液系统影响最大，经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，且甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。在甲醇生产工厂，中国有关部门规定，空气甲醇的浓度限制为PC-stel＝50mg/m³，PC-TWA＝25mg/m3，在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具、工厂废水要处理后才能排放，允许含量小于 200mg/L的甲醇。考虑到甲醇在生活中的广泛存在和严重危害，非常有必要开发高性能的气体传感器来检测甲醇浓度对人体健康的影响。

在多种气体检测技术中，其中基于半导体氧化物的气体传感器，凭借其体积小，可靠性高，响应迅速，易集成等优势，成为了研究的前沿热点。在基于金属氧化物半导体材料的传感材料中，具有尖晶石晶体结构的四氧化钴(Co₃O₄) 尤为突出，其优异的催化活性和多价特性(Co²⁺/Co³⁺)使其成为具有竞争力的气敏材料。同时，Co₃O₄作为一种典型的p型敏感材料，具有工作温度低、选择性高、耐湿性好、热稳定性高等独特优点，也有助于实现高气敏性能的气体传感器。然而，p型传感材料固有的低响应限制了其应用。因此，要进一步提高Co₃O₄气敏元件的气敏性能。由于气体的吸附、解吸和表面反应过程在很大程度上取决于材料的微观结构，因此控制合成微结构是提高气敏性能的关键因素。其中，三维层次纳米结构尤为突出，由于其独特的层次结构可以有效抑制纳米颗粒的聚集，增加活性部位的暴露。同时，空心结构的构建可以进一步提高气敏性能，因为它们的高比表面积有利于化学反应物(如气体或离子)的电子转移和表面反应。但目前报道结构的空心三维结构合成工艺复杂，不利于广泛应用，需要改进。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有基于Co₃O₄传感器的灵敏度较低，难以实现对气体的有效检测；且中空三维结构材料的合成工艺复杂。

解决以上问题及缺陷的难度为：如何利用有效结构导向剂，利用简单工艺实现花状结构的构筑；中空三维结构的构筑，有利于增大产物的比表面积，提高气体分子的扩散速度，为气体的吸附氧化反应提供了高效的反应场，进而实现气敏性能的改善。但目前报道结构的空心三维结构合成工艺复杂，不利于广泛应用，需要改进。

解决以上问题及缺陷的意义为：构建出三维分等级结构Co₃O₄材料，有利于制备出高性能甲醇气体传感器，并将其有效的应用于日常中甲醇气体的检测。

发明内容