[发明专利]Ni-MOF/MWCNT为敏感电极的混成电位型室温NO传感器、制备方法及其应用

说明书

一种以Ni‑MOF/MWCNT(NM)混合物为敏感电极的K₂Fe₄O₇基混成电位型室温NO传感器、制备方法及其应用，属于气体传感器技术领域，其在室温条件下可以检测ppb级浓度的NO。传感器由K₂Fe₄O₇基板、Au参考电极和NM混合物敏感电极组成。本发明中采用K₂Fe₄O₇材料作为传感器的离子导电层，并使用高电化学催化活性的NM混合物材料作为敏感电极。通过改变基板种类来增大基底材料的离子电导率，结合导电性良好的MWCNT和对NO电化学反应具有催化活性的Ni‑MOF来提升敏感电极的电催化活性，实现混成电位型固体电解质气体传感器在室温环境高灵敏检测NO的目的。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种以Ni-MOF/MWCNT混合物(NM)为敏感电极的K₂Fe₄O₇基混成电位型室温NO传感器及其制备方法，其主要用于大气环境中ppb级NO的室温灵敏检测。

背景技术

NO作为主要的大气污染物之一，会造成腐蚀性酸雨、雾霾等环境安全事故。大气中过高浓度的NO也会对人类健康构成威胁，如导致哮喘和癌症等疾病。因此，检测NO对于抑制空气污染、避免中毒具有重要意义。在众多气体传感器中，固体电解质混成电位型传感器具有成本低、响应恢复时间快、全固态结构、安全、小型化等特点，在NO检测中显示出很大的传感优势。然而，目前大多数固体电解质混成电位型传感器需要在高温下工作才能获得高灵敏度，这将导致额外的能耗并对电路设计提出更高的要求。因此，迫切需要一种可以在室温下工作的固体电解质混成电位型传感器用于NO检测。因此，我们提出了一种基于新型K₂Fe₄O₇固体电解质、NM混合物敏感电极的混成电位型室温NO传感器，在室温条件下即可实现对ppb级NO的高灵敏检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种以NM混合物为敏感电极的K₂Fe₄O₇基混成电位型室温NO传感器及其制备方法，以开发能够在室温工作的混成电位型固体电解质NO传感器，促进这种传感器在大气环境检测领域的实用化。本发明所得到的传感器除了具有高灵敏度外，还具有较低的检测下限、较快的响应恢复速度，很好的重复性、重现性和选择性。

本发明所涉及的NO传感器是以K₂Fe₄O₇固体电解质和高电化学催化性能NM混合物材料为敏感电极制作的新型室温NO传感器，K₂Fe₄O₇作为离子导电层，NM混合物为敏感电极材料。通过改变基板种类来增大基底材料的离子电导率，实现混成电位型固体电解质气体传感器在室温环境检测NO的目的。同时通过对NO电化学反应有良好催化活性Ni-MOF与良好电子转移能力MWCNT的组合，构建电催化活性更强的敏感电极，从而构筑室温下高灵敏的混成电位固体电解质型NO传感器。

本发明所述的一种以NM混合物为敏感电极的K₂Fe₄O₇基混成电位型室温NO传感器，如图1所示，由固体电解质K₂Fe₄O₇基板、NM混合物敏感电极和Au参考电极所构成；敏感电极和参考电极为对称的条状结构，彼此分立地制备在K₂Fe₄O₇基板上表面的两端，在敏感电极和参考电极上引出Pt丝作为电极引线；K₂Fe₄O₇固体电解质和NM混合物敏感电极材料由如下方法制备得到：