[发明专利]MOFs导电聚合物复合薄膜气体传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种MOFs导电聚合物复合薄膜气体传感器及制备方法，在金叉指电极表面沉积聚3,4‑乙烯二氧噻吩PEDOT，以六水合硝酸钴、六水合硝酸铈和均苯三甲酸为原料用水浴法合成钴铈基金属有机框架CoCe‑BTC，然后采用旋涂法得到CoCe‑BTC/PEDOT复合薄膜，本方法可以将CoCe‑BTC/PEDOT复合薄膜简单高效地转移到光滑衬底上，制备出的传感器结合了CoCe‑BTC及PEDOT的优点，同时提升了响应度和导电性，稳定性好、成本低，为该类型气体传感器的大规模生产提供一种良好的设计理念。

技术领域

本发明涉及气体敏感材料领域，具体涉及一种MOF/导电聚合物复合薄膜气体传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对各种有害气体监测和大气污染物控制的日益关注，开发高效的气敏传感器已成为世界各国的共识。二氧化氮(NO₂)是一种主要由化石燃料燃烧和工业生产活动产生的具有刺鼻气味的红棕色有毒污染物，主要以不同比例(x)的氮氧化物(NO_x)的混合物形式存在。由于其对环境安全和人体健康的潜在危害而备受关注，例如酸雨、光化学烟雾和pm2.5(直径小于等于2.5μm的颗粒物)等都受NO₂的影响，接触二氧化氮会使人们面临呼吸系统疾病和心脏病的高风险。世界卫生组织(WHO)要求城市NO₂水平在1小时内平均低于200μg/m³(106ppb)，全年平均低于40μg/m³(21ppb)。同时，人体代谢活动产生的NO₂是一种诊断的生物标志物。通过检测呼出气体中的NO₂含量，可以有效地辅助诊断包括慢性阻塞性肺疾病在内的人类疾病。因此，实现对痕量NO₂的高灵敏度、高选择性检测，对环境保护和人身安全具有重要意义。

传统的半导体电阻式气体传感器通常采用金属氧化物(如ZnO、TiO₂和SnO₂等)作为气体敏感材料，但其通常也存在工作温度(200～400℃)和检测限较高等问题。当金属氧化物材料长期工作在温度较高的环境中，会导致其逐渐老化、晶粒受热生长，导致传感器稳定性逐渐降低、寿命缩短等问题。同时，较高的工作温度也增加了器件功耗，限制了其在危险环境中的应用，提高了其在智能手表、手机等可穿戴便携设备中应用的难度。另一方面，检测浓度较高也使得该类气体传感器难以满足空气质量检测(通常小于几十ppm)和呼出气体成分分析(通常从几十ppb到几ppm之间)的需求。

近年来MOFs的研究进展表明，MOFs在开发低成本、超快速、高灵敏度和高选择性的气体传感器方面具有广阔的应用前景。MOFs对气体分析物的电阻变化通常记录为直流测量，例如化学电阻。而这种方法在技术上具有挑战性，因为许多MOFs具有接近普通绝缘体(如氧化铝)的电阻率。因此，许多研究人员致力于寻找低电阻率MOFs。

近年来，通过MOFs与导电聚合物复合来调控MOFs的导电性逐渐受到重视，这种方法能够在MOFs与导电聚合物间形成施主-受主结构，有效地提升MOFs导电性，而且聚合物与有机配体的相容性好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决MOFs在气体传感器应用方面存在的导电性差的问题，提供一种将CoCe-BTC与PEDOT进行共混复合制得的适用于化学电阻传感器的MOF/导电聚合物复合薄膜气体传感器及其制备方法，制备的复合敏感材料结合了CoCe-BTC和PEDOT的优点，具有较好的气敏性、导电性及循环稳定性，综合性能得到了较大的提升。

本发明所采用的技术方案如下：

一种MOFs导电聚合物复合薄膜气体传感器的制备方法，在金叉指电极表面沉积聚3,4-乙烯二氧噻吩PEDOT，以六水合硝酸钴、六水合硝酸铈和均苯三甲酸为原料用水浴法合成钴铈基金属有机框架CoCe-BTC，然后采用旋涂法得到CoCe-BTC/PEDOT复合薄膜。

作为优选方式，所述制备方法包括以下步骤：