[发明专利]一种金属卟啉配合物气敏传感器元件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属卟啉配合物气敏传感器元件及其制备方法和应用，属于有机半导体材料化学领域。该金属卟啉配合物气敏传感器元件，包括ITO导电玻璃和叉指电极，所述叉指电极刻蚀在ITO导电玻璃基底上，所述叉指电极表面设置有5,15‑二苯基镍卟啉微米片。与现有技术相比，本发明的气敏传感器元件能够在室温下进行，无安全隐患；对乙醇的响应浓度低至200ppm，响应和恢复时间较快，灵敏度较高，同时对乙醇表现出较好的稳定性；结构及制备工艺简单，成本较低，便于批量生产。

技术领域

本发明属于有机半导体材料化学领域，具体涉及一种金属卟啉配合物气敏传感器元件及其制备方法和应用。

背景技术

乙醇又称酒精，在常温、常压下呈现出无色透明的液体状态，是重要的化工原料和溶剂，可广泛应用于化工、食品工业、日用化工和医疗卫生等领域。但是，乙醇易挥发，其蒸汽极易扩散，能与空气形成爆炸性混合物，遇明火或高温会燃烧甚至爆炸。另外，长时间吸入高浓度的乙醇会引起鼻、眼、粘膜刺激，易出现头痛、疲劳、恶心等症状，严重危害人体的神经系统。但是大多数人仍具有饮酒的习惯，轻则失态，重则导致身体伤害，甚至死亡；而且司机酗酒也会造成交通事故，甚至危及到更多人的生命安全。因此，快速、准确的检测乙醇的浓度具有非常重要的现实意义和实用价值。

目前，检测乙醇最有效的方式之一就是气敏传感器。检测乙醇等有机气体所需要的敏感材料主要以金属氧化物半导体材料为主，如：Fe₂O₃、In₂O₃、Co₃O₄等，但是这些传统的金属氧化物半导体材料存在灵敏度较低、工作温度高(300-600℃)、消耗功率大、成本高、选择性差等问题，由此限制了它们的实际应用。而有机半导体材料可以在接近室温下工作、制作成本低且易于批量生产，具有响应恢复较快、灵敏度较高、重现性较好及选择性较强等优势，因此受到研究者的青睐，其中以卟啉/酞菁类有机化合物半导体材料最具代表性。特别地，卟啉分子具有大的共轭体系，分子内部及分子之间具有多种相互作用(π-π、静电、金属配位、范德华力等作用)而具有优良的光电性质及化学稳定性而引起科研工作者极大的兴趣。因此，制备卟啉类有机半导体微米材料是未来气敏传感器材料的发展趋势。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种金属卟啉配合物气敏传感器元件及其制备方法和应用，克服现有技术中存在的用于检测乙醇气体的气敏传感器灵敏度低、工作温度高、选择性差、响应恢复时间长、成本高等问题。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种金属卟啉配合物气敏传感器元件，包括ITO导电玻璃和叉指电极，所述叉指电极刻蚀在ITO导电玻璃基底上，所述叉指电极表面设置有5,15-二苯基镍卟啉微米片。

进一步地，所述5,15-二苯基镍卟啉微米片长度和宽度分别为2-3μm。

本发明还提供了一种上述金属卟啉配合物气敏传感器元件的制备方法，包括以下步骤：

(1)将叉指电极刻蚀在ITO导电玻璃基底上，并进行清洗；

(2)将5,15-二苯基镍卟啉(简称DPPNi)溶于良溶剂，制成5,15-二苯基镍卟啉溶液；

(3)将步骤(1)处理后的叉指电极，放入带有真空阀的密闭容器内，将步骤(2)所得5,15-二苯基镍卟啉溶液滴加到叉指电极上方，并在密闭容器中放入装有二氯甲烷的开口容器；

(4)关闭密闭容器，打开旋塞，抽真空3次，每次5min，关闭旋塞，静置24h后，取出气敏传感器元件干燥，即获得叉指电极表面为5,15-二苯基镍卟啉微米片的金属卟啉配合物气敏传感器元件。

进一步地，步骤(1)中刻蚀在ITO导电玻璃基底上的叉指电极依次经过甲苯、丙酮、无水乙醇、水不同极性的溶剂分别清洗3次，每次清洗5min。