[发明专利]一种丙酮传感器、制备方法及应用

说明书

本发明属于气体传感器制备技术领域，公开了一种丙酮传感器、制备方法及应用，所述丙酮传感器的制备方法包括：以硝酸锌和硝酸铁为金属盐，去离子水为溶剂，NaCl直接作为结构模板，通过控制NaCl含量调节ZnFe₂O₄的形貌和结构；通过一步化学气相沉积法合成ZnFe₂O₄实心和褶皱空心微球材料；获得基于ZnFe₂O₄实心和褶皱空心微球材料的气体传感器。本发明所用的绿色模板氯具有良好的热稳定性、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除、通常不参与化学反应等优点，避免常规方法中模板成本高且合成过程繁琐、去除过程涉及苛刻的化学蚀刻或热解等问题，合成的敏感材料的比表面积和灵敏度高，能实现对丙酮的有效检测。

技术领域

本发明属于气体传感器制备技术领域，尤其涉及一种丙酮传感器、制备方法及应用。

背景技术

目前，丙酮(acetone，C₃H₆O)，是一种具有代表性的易燃、易挥发有机化合物。丙酮在工业上主要作为溶剂用于炸药、油脂、喷漆等行业中，也广泛用于实验室中作为有机合成原料，有机溶剂等。同时丙酮也是一种有剧毒性的有机化合物，长期处于高浓度的丙酮环境中时，可能会引起头痛、支气管炎、中枢神经系统损害等健康问题。同时，丙酮也是I型糖尿病患者的呼气生物标志物，在I型糖尿病人中的丙酮浓度超过1.8ppm，健康人呼气中的丙酮的浓度仅仅只有0.3ppm～0.9ppm。由于丙酮广泛存在于人类的工业和日常生活中，并且长期接触丙酮会对环境和人体健康产生严重的危害，因此开发高性能丙酮气体传感器是非常重要的。

化学传感器为构建可靠、实时的传感装置提供了有效途径，广泛用于有毒有害VOC气体的检测。其中，具有尖晶石结构的ZnFe₂O₄由于其独特的结构和理化性质、高灵敏度、低成本和环境友好性而被广泛应用于气体传感器中。同时提高ZnFe₂O₄的气敏性能方面仍有很大的潜力，这对于气体传感器的实际应用很重要。大量研究表明，具有高比表面积、低密度和优异表面渗透性的空心微球等微观结构通常表现出优异的气敏性能。大的比表面积可以增加敏感材料表面的活性位点，吸附更多的氧气和俘获更多的电子，从而导致传感器电阻的更大变化。因此，需要寻求具有高比表面积的中空结构来提高气体传感器的性能。

中空结构最稳定的合成方法主要基于模板方法。然而，模板成本高且合成过程繁琐，其去除过程涉及苛刻的化学蚀刻或热解。因此，寻找一种简单、温和、低成本的绿色模板来合成ZnFe₂O₄空心微球具有重要的科学和现实意义。氯化钠(NaCl)具有良好的热稳定性、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除、通常不参与化学反应等优点，可作为制备高质量中空纳米结构的理想绿色模板。因此，NaCl晶体可以作为绿色模板，在被水去除后产生孔隙而不会受到任何污染。同时控制NaCl的含量有效地调节了ZnFe₂O₄的形貌和结构。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有基于模板方法的中空结构的合成中，模板成本高且合成过程繁琐，其去除过程涉及苛刻的化学蚀刻或热解。

解决以上问题及缺陷的难度为：寻找一种简单温和、低成本、无污染、无需任何严格的化学烧蚀即可轻松去除的绿色模板来合成空心微球。寻找一种一步简单的合成方法合成中空结构敏感材料，并且提高敏感材料的比表面积和灵敏度，实现对丙酮的有效检测。