[发明专利]一种基于Pd/MoOx纳米粒子组装结构的乙醇气敏材料及制备方法、传感器件

说明书

本发明公开了一种基于Pd/MoOx纳米粒子组装结构的乙醇气敏材料及制备方法、传感器件，本发明的Pd/MoOx纳米组装材料利用团簇束流沉积技术制备，利用双靶团簇溅射源，在带有绝缘衬底的叉指电极表面先后沉积Mo纳米粒子和Pd纳米粒子，在空气中经过陈化后即可得到不同质量比例的Pd/MoO_x混合纳米粒子组装材料；即可利用该材料实现乙醇浓度的定量测量。本发明与其他现有技术相比，本发明涉及的钼氧化物和钯混合纳米粒子组装材料具有更多的吸附氧含量性质，且由于Pd纳米粒子对乙醇的化学修饰以及协同催化作用，混合纳米组装材料相比于单一的MoO_x具有更多的活性位点，可以在较低的温度下对乙醇实现高灵敏度和快速响应的感知。

技术领域

本发明涉及气体传感领域，具体是涉及一种基于Pd/MoOx纳米粒子组装结构的乙醇气敏材料及制备方法、传感器件。

背景技术

乙醇是一种具有爆炸性的挥发性有机化合物(VOCs)，食品工业、生物医学和化学化工等领域内的应用场景。然而，乙醇作为一种易燃易爆挥发性物质，在空气中的可燃范围为3.3%-19%。此外，长期接触乙醇蒸气会导致头痛、呼吸困难和对中枢神经系统的破坏。基于安全和健康等因素，如何快速、稳定、低成本的实时监测乙醇气体浓度显得非常重要。

金属氧化物半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，MOS）具有稳定性高、对目标气体响应快、成本低、原料丰富、制备工艺简单等特点，已成为目前常用的气体传感器器件。氧化钼作为一种稳定的宽禁带过渡金属氧化物半导体，具有优异的化学性能，应用于传感器、能源、催化等领域。传统的氧化钼薄膜和块材对乙醇的响应程度较差，工作温度通常在250℃以上，限制了氧化钼材料在乙醇传感领域的应用。

利用团簇束流沉积设备采取物理气相沉积法进行制备纳米粒子组装材料是现有常规技术（例如参见文献：Sun L, Chen M, Peng X, et al. The effects of Nicontents on hydrogen sensing response of closely spaced Pd–Ni alloynanoparticle films[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41(2):1341-1347.）。本发

明提出一种利用在Mo纳米粒子表面沉积Pd纳米粒子经陈化后形成Pd/MoO_x纳米粒子组装材料，实现乙醇气体感知技术。在该材料中MoO_x纳米粒子扮演乙醇气敏的作用，Pd纳米粒子则起到协同催化降低活化能增强乙醇气敏性能，且传感器的最佳工作温度降为180℃。

发明内容

针对目前传统钼氧化物乙醇传感器工作温度高、响应性能差的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于Pd/MoOx纳米粒子组装结构的乙醇气敏材料及制备方法、传感器件，本发明利用物理气相沉积技术，通过团簇束流沉积技术制备Pd/MoO_x纳米粒子组装材料并实现乙醇传感。该发明能极大提升钼氧化物对乙醇的感知能力，降低工作温度能至180℃。

本发明的优点在于，与传统的湿法化学相比，采用物理气相沉积的方式制备的材料更加简单，可一步合成复杂的多组分材料，满足微纳加工的需要。通过团簇束流沉积制备的纳米粒子相比于薄膜材料，具有更高的比表面积和吸附氧含量性质，能提高与乙醇接触的活性位点。该材料表面负载的Pd纳米颗粒起协同催化作用，降低反应活化能，提高材料对乙醇的选择性和灵敏度，降低工作温度。

本发明是通过以下方案实现的：