[发明专利]一种硫化钴/还原氧化石墨烯复合物及在气体传感器中的应用

说明书

本发明属于气体传感技术，具体涉及一种硫化钴/还原氧化石墨烯复合物及在气体传感器中的应用。以水溶性钴盐、小分子醇溶剂与甘油为原料，制备甘油钴前驱体；然后将甘油钴前驱体与碱液混合，制备Co(OH)subgt;2/subgt;纳米花；再将Co(OH)subgt;2/subgt;纳米花煅烧，得到Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;纳米花；再将Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;纳米花与水溶性硫盐反应，得到CoS纳米花，将CoS纳米花与氧化石墨烯混合后热处理，得到硫化钴/还原氧化石墨烯复合物。在室温下探究了传感器对NOsubgt;2/subgt;气体得响应特性，复合材料能有效阻止石墨烯片的堆叠和团聚，增加材料与气体的接触面积，提供更多的吸附位点，有效提高电子转移得以增强气敏性能，展现出良好的研究前景。

技术领域

本发明属于气体传感技术，具体涉及一种硫化钴/还原氧化石墨烯复合物及在气体传感器中的应用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，工业化水平的不断提高，环境污染已成为一个日益严重的问题，在许多国家，化石燃料的燃烧以及汽车尾气的大量产生会导致排放氮氧化物等有害气体，破坏环境平衡。因此，氮氧化物尤其是NO₂的检测引起了相当大的兴趣，它对人体和环境造成很大危害，不仅对人类、动物和植物的呼吸系统有害，而且是酸雨形成的原因。因此，高性能的NO₂气体传感器的研发以及实现对室温下有毒有害气体的实时、快速、准确监测已成为当前研究的热点。开发高灵敏度传感器来监测这些气体并防止它们对人体和环境造成危害具有重要的社会意义。

气体传感器是将气体相关的信息转化为电信息的一种检测装置，其已经运用到诸多领域，如工业生产、医疗诊断、环境保护等，这使得如何提高气体传感器的性能成为研究者们最为关注的问题，而传感材料的优劣决定着气体传感器性能的好坏，目前，金属氧化物、金属硫化物、聚合物等各种纳米材料都被用作气敏传感材料。随着各领域发展对气体检测要求的提高，开发高性能气体传感器成为研究热点。气敏传感材料是传感器的核心，其直接影响气体传感器的性能。石墨烯因其高比表面积和优异载流子迁移率等特性而成为理想的气敏材料候选之一。然而，由石墨烯片层薄膜构筑的气体传感器存在灵敏度偏低及吸/脱附慢的问题。过渡金属硫化物为气体传感器领域气敏材料的有利竞争者，但是过渡金属硫化物与其它材料进行复合时，会在材料的界面处形成异质结，并且会造成载流子的迁移，使得复合材料的导电性发生改变，从而影响其气敏性能。

发明内容

本发明采用水热法制备出甘油钴前驱体，然后在碱性条件下制备氢氧化钴纳米花，并经高温退火制得四氧化三钴纳米花，再经离子交换反应制备得到CoS纳米花；采用改进的Hummers法制备出GO，通过磁力搅拌制得具有不同质量比的CoS/GO复合材料，并在200℃下高温退火制备得CoS/rGO复合材料，并以此制备成CoS/rGO复合材料气体传感器，在室温下探究了传感器对NO₂气体得响应特性。

本发明采用如下技术方案：

一种硫化钴/还原氧化石墨烯复合物，包括CoS纳米花以及覆盖在CoS纳米花上的石墨烯；优选的，石墨烯为还原氧化石墨烯。

本发明公开了上述硫化钴/还原氧化石墨烯复合物在制备气体传感器或者检测气体中的应用；所述气体为氮氧化物气体，比如二氧化氮。

本发明公开了上述硫化钴/还原氧化石墨烯复合物的制备方法，将CoS纳米花与氧化石墨烯混合后热处理，得到硫化钴/还原氧化石墨烯复合物；优选的，将CoS纳米花分散液与氧化石墨烯分散液混合后离心处理，再将得到的沉淀于150～250℃热处理60～120分钟，得到硫化钴/还原氧化石墨烯复合物；进一步优选的，热处理为180～220℃热处理80～100分钟。优选的，CoS纳米花、氧化石墨烯的质量比为0.2～20：1，优选2～10：1，进一步优选4～6：1。优选的，CoS纳米花分散液与氧化石墨烯分散液混合的时间为1～5小时，优选2～4小时。