[发明专利]铂-碳量子点-四氰合镍酸钴三元杂化材料在氨传感中的应用及其制备方法和膜传感器

说明书

本发明公开了铂‑碳量子点‑四氰合镍酸钴三元杂化材料在氨传感中的应用及其制备方法和膜传感器，涉及纳米气体传感器技术领域，以六水合硝酸钴和四氰合镍酸钾为原料，制备二维氰基桥联Co‑Ni杂金属纳米片Co[Ni(CN)₄],以乙二胺四乙酸二钠为前躯体煅烧得碳量子点，采用聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，制备PVP包裹的Pt NPs，并负载制备Pt/CQDs@Co[Ni(CN)₄]三元杂化薄膜传感器。其所得传感器氨传感响应速度快，响应电导率高，在保持其高电导率的同时，提高其在室温下的低浓度气敏响应性能。

技术领域

本发明涉及纳米气体传感器技术领域，尤其涉及一种基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜的铂-碳量子点-四氰合镍酸钴三元杂化材料氨气传感器制备方法及应用。

背景技术

现有技术中的配位聚合物(Coordination Polymers,CPs)由于其大的比表面积和能够调节的孔径大小，近几年来在世界范围内引起了广泛的关注。并且，在石墨烯、层状碳化硅等二维纳米材料的研究热潮下，二维配位聚合物因其不仅具有与其他二维材料相通的二维传导特性，还具有先天的设计便利性，在传感器领域获得广泛研究。然而，配位聚合物与常规共价聚合物不同。将各配体与受体相结合的配位共价键极性较强，配位聚合物在生长过程中更倾向于生成三维晶体，从而无法直接长成二维薄膜而应用于器件中。

二维配位聚合物在NH₃气体传感方面现有技术并未详细研究。而纯三维配位聚合物传感器又具有电导率差、容易将金属或其他活性位点包覆、掩埋等缺点，限制了其在NH₃气体检测中的应用。成分调整是补偿配位聚合物感应材料导电率不足的有效手段。然而，在传感材料领域木桶效应是影响传感器整体性能的主要因素。在合成中添加其他助剂或改性材料容易产生材料缺陷。单纯后期物理添加又容易导致材料分布不均，从而影响传感性能。

本发明通过一步法热解合成尺寸均一的富羧基碳量子点(CQDs)，并制备分布均匀的CQDs@Co[Ni(CN)₄]复合薄膜，于其上再制备Pt改性的多元杂化材料，以期改善其检测性能。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明致力于对二维氰基桥联Co-Ni杂金属纳米片的响应特性进行调节，在保持其高电导率的同时，提高其在室温下的气敏响应性能。提供了一种基于二维超薄四氰合镍酸钴薄膜的三元杂化材料氨气传感器制备方法，所得传感器具有良好的响应敏感性，氨传感响应速度快，响应电导率高，恢复时间短，明显优于三维材料膜。

本发明由此提供一种铂-碳量子点-四氰合镍酸钴三元杂化材料氨气传感器制备方法，

①以六水合硝酸钴和四氰合镍酸钾为原料，采用聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，柠檬酸钠作为控制剂，在两者共同作用下制备二维氰基桥联Co-Ni杂金属纳米片；

②以乙二胺四乙酸二钠(简称EDTA-2Na)为前躯体，在N₂或惰性气氛下200-300℃煅烧，升温速率1-5℃/min，煅烧时间1-3h；产物分散于水并超声后，通过离心过滤，透析除杂，得碳量子点(简称CQDs)；将Co[Ni(CN)₄]溶液与合成的CQDs溶液，持续搅拌混合，后通过离心收集所得CQDs@Co[Ni(CN)₄]纳米片，用CH₃OH洗涤分散备用；

③将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在乙醇中，逐滴加入氯铂酸(H₂PtCl₆)水溶液；室温下搅拌2-5分钟后，将溶液在在80-98℃下回流3h，合成PVP包裹的铂纳米粒子(Pt NPs)；合成后得Pt NPs溶液，备用；