[发明专利]一种氢气敏感膜、传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种氢气敏感膜、传感器及制备方法，氢气敏感膜是采用气凝胶与催化剂的复合结构；气凝胶用于吸附氢气、且与氢气发生氢化反应；催化剂采用纳米贵金属催化剂，分布于气凝胶的孔隙中，用于催化氢化反应。氢气敏感膜的制备方法，是采用物理复合的方法将催化剂颗粒均匀掺杂于金属氧化物气凝胶中。氢气传感器，包括绝缘衬底层、氢气敏感膜层和电极层；氢气敏感膜采用上述的一种氢气敏感膜、或采用上述的一种氢气敏感膜的制备方法制备的氢气敏感膜。本发明提供了一种具有更好的氢敏特性的氢气敏感膜及传感器。

技术领域

本发明涉及氢气探测技术领域，具体涉及一种氢气敏感膜、传感器及制备方法。

背景技术

氢气作为重要的还原气体和清洁能源正被广泛应用在化工，航空，医疗，石化，交通和能源等各个领域。作为清洁能源，氢气由于单位体积燃烧释放能量高而在燃料电池和发电技术上具有重大的应用价值。然而，当在空气中的含量高于可燃下限时(4％)，氢气极易燃烧和爆炸。因此，通常需要使用氢气传感器来检测氢气是否泄漏。

氢气传感器的关键在于氢敏材料的选择和制备。根据敏感材料的不同，现有的氢气传感器主要分为金属氧化物氢气传感器、金属氧化物半导体(MOS)氢气传感器，光纤氢气传感器和钯(Pd)阻氢气传感器等多种类式。但是，现有的多数金属氧化物氢气传感器因仅能检测不小于2％的H₂浓度，因此不能用作氢气(H₂)泄漏的报警装置。

因此，开发一种具有较高氢敏特性的材料及传感器具有重要意义。

发明内容

基于上述技术背景，本发明提供了一种具有更好的氢敏特性的氢气敏感膜及传感器。

本发明通过下述技术方案实现：

一种氢气敏感膜，采用气凝胶与催化剂的复合结构；所述气凝胶用于吸附氢气、且与氢气发生氢化反应；所述催化剂采用纳米贵金属催化剂，分布于气凝胶的孔隙中，用于催化氢化反应。催化剂以颗粒的形式附着于气凝胶内部孔隙中。

本发明提供的氢气敏感膜，气凝胶中含有催化剂颗粒(催化剂以颗粒的形式附着于气凝胶内部孔隙中，形成复合结构)，在催化剂的作用下，氢气与超大比表面积的气凝胶接触后迅速进行氢化作用，并使气凝胶的阻值迅速发生突变，利于提高其检测限度、缩短响应时间。

此外，本发明的气凝胶是具有氢敏特性的气凝胶(如，当气凝胶吸收氢气之后其性质(例如，电阻等等)发生变化，而释放氢气之后性质恢复)，优选具有高密度孔径、超大比表面积的气凝胶。如采用多孔网络结构的气凝胶，其比表面积可超过1500m²/g，密度可低于30kg/m³，孔隙率可大于99％，气凝胶特殊的纳米结构使其具有独特的性能。

进一步优选，所述气凝胶的孔径为50nm-100nm，所述催化剂的粒径为5nm-20nm。

进一步优选，所述气凝胶的厚度为500nm-5mm。

进一步优选，所述气凝胶与催化剂的质量比为50:1-300:1。

进一步优选，所述气凝胶的种类包括但不限于二氧化钛(TiO₂)气凝胶、二氧化锡(SnO₂)气凝胶、氧化镉(CdO)气凝胶、二氧化铈(CeO₂)气凝胶、三氧化二铁(Fe₂O₃)气凝胶、氧化镍(NiO)气凝胶、氧化锌(ZnO)气凝胶、氧化锢(In₂O₃)气凝胶或者氧化嫁(Ga₂ O₃)气凝胶等。

进一步优选，所述催化剂包括但不限于钯或铂。

一种氢气敏感膜的制备方法，用于制备上述一种氢气敏感膜，采用物理复合的方法将催化剂颗粒均匀掺杂于金属氧化物气凝胶中。