[发明专利]基于氧化锌/钴酸锌复合材料的甲醛传感器及其制备方法

说明书

一种基于PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料的甲醛气体传感器的制备方法，属于气体传感器技术领域。由带有Pd金属插指电极的Al₂O₃衬底、在Pd金属插指电极和Al₂O₃衬底上采用涂覆技术制备的PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料敏感层组成。当PdO纳米粒子修饰在ZnO/ZnCo₂O₄微球材料上时，由于纳米尺寸的PdO纳米粒子具有很强的甲醛催化氧化能力，因此有利于提高气敏材料的气敏响应。本发明所述传感器具有较低的检测下限，同时本发明具有工艺简单、制得的甲醛气体传感器体积小、适于大批量生产的特点，因而具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于氧化钯(PdO)纳米粒子修饰的氧化锌(ZnO)/钴酸锌(ZnCo₂O₄)复合材料的甲醛传感器及其制备方法，该传感器能够进行ppb级的甲醛检测。

背景技术

甲醛是一种典型的室内空气污染物，被国际癌症研究机构归为致癌物质，主要存在于家具、装饰材料、衣物和化学清洁剂中。在现代生活中，人类70％以上的时间都在室内，而新装修的房间通常含有一定浓度的甲醛，对人体有着极大的危害。甲醛的主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用。甲醛在室内达到一定浓度时，人就有不适感。大于0.08mg/m³的甲醛浓度可引起眼红、眼痒、咽喉不适或疼痛、声音嘶哑、喷嚏、胸闷、气喘、皮炎等。因此，开发响应度高、检测下限低、响应速度快的甲醛气体传感器具有重要意义。

用于气体传感的材料有很多，目前主要应用氧化物半导体作为敏感材料。氧化物半导体形貌的差异对气敏性能有着很大的影响，因此往往通过合成不同形貌的敏感材料来改善气敏性能。除此之外，敏感材料的结构也对气敏性能有影响，因为多孔结构具有更多的催化活性位和大比表面积，所以被广泛应用于气体探测、能量储存和光催化。

制备分等级的纳米结构是纳米科学和纳米技术中的重要研究领域。通过组合不同的纳米材料，例如异质半导体结构、核壳纳米粒子、金属半导体肖特基接触等，已经合成出了多种多样的异质结构。对于氧化物半导体传感器来说，异质半导体结构可能是调节气体传感性能的最重要考虑因素。除了构建异质结构，引入催化材料(例如Au，Pt和Pd/PdO)还可以有效地促进表面反应，从而改善传感器的响应。然而，贵金属纳米颗粒的团聚可能会导致催化活性总是受到限制。因此，分散性好的贵金属纳米粒子应进一步考虑作为高性能的催化材料。

本发明所使用的基于热解固态前驱体的自模板法制备的PdO纳米粒子修饰的ZnO/ZnCo₂O₄复合材料，由于能耗低、污染小，具有非常好的应用潜力。由这种方式制得的气体传感器是利用敏感材料直接吸附检测气体，使得材料的电学性质等发生变化，通过测试敏感元件的输出信号变化而检测气体浓度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于氧化钯(PdO)纳米粒子修饰的氧化锌(ZnO)/钴酸锌(ZnCo₂O₄)复合材料的甲醛传感器及其制备方法。