基于ZnO鄄SnO2纳米纤维的化学链燃烧式甲烷传感器研究-分析化学.PDF

第44卷 分析化学 (FENXI HUAXUE)摇 研究报告 第10期 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2016年10月 ChineseJournal of Analytical Chemistry 1555~1561 DOI:10.11895/j.issn.0253鄄3820.160283 基于ZnO鄄SnO 纳米纤维的化学链燃烧式甲烷传感器研究2 1 *2 曹小荣摇 胡明江 1 2 (河南质量工程职业学院机电工程系,平顶山467000)摇 摇 (河南城建学院能源与建筑环境工程学院,平顶山467036) 摘摇 要摇 采用双喷嘴静电纺丝技术制备了ZnO鄄SnO 纳米纤维,将制备的ZnO鄄SnO 纳米纤维均匀涂覆于铂 2 2 热敏电阻表面形成催化薄膜,设计了一种新型化学链燃烧式甲烷传感器。 采用 X 射线衍射仪、扫描电子显微 镜、全自动程序化学吸附仪和X鄄射线光电子能谱仪,表征了ZnO鄄SnO 纳米纤维的相组成和微观形貌,讨论了 2 催化薄膜表面的电化学性能对甲烷化学链燃烧反应的影响。 采用DL07鄄YJ108D型电压测量仪测试了甲烷传 感器灵敏响应性、温湿特性、选择性和长期稳定性。 结果表明,以Zn50纳米纤维为催化薄膜的甲烷传感器,在 温度为350益,甲烷浓度为0.1~60 滋g/ L时,传感器线性度和灵敏度最大值分别为99.4%和0.12 V/ (滋g/ L), 最大响应为8.2 V,动态响应和恢复时间分别为5.4 和10.8 s,承受的最大相对湿度为95%。 在矿井中连续 使用6个月后,响应下降了2.0%。 关键词摇 静电纺丝;甲烷;传感器;化学链燃烧;纳米纤维;催化薄膜 1摇 引摇 言 甲烷(CH )是瓦斯气体的主要成分,被视为矿井事故的“头号杀手冶,是矿井日常安全检测的重点 4 [1~5] [6] [7] [8] [9] 气体之一 。 目前,甲烷传感器类型主要有电化学 、半导体 、催化燃烧 和光学 等。 光学式甲 烷传感器具有结构复杂和功耗大等缺陷,限制了推广应用。 电化学和半导体甲烷传感器具有结构简单 和操作方便等优势,但其灵敏性易受温度和湿度等外界因素影响。 因此,耐高温高湿且气敏性好的气敏 传感器是当前矿用甲烷测定仪研发的热点之一。 二氧化锡(SnO )是一种具有金红石结构的宽带隙半导体,广泛应用于催化、电极材料和纳米器件 2 [10] 等方面。 本研究组 将低温水热法制备的TiO 鄄SnO 纳米晶粒为敏感薄膜应用于臭氧传感器,提高了 2 2 传感器灵敏度和光电特性。 氧化锌(ZnO)是一种新型n鄄Vl族半导体材料,具有稳定性高和高温下不易 [11] 发生电离等优势。 Sugato等 采用可控湿化学共沉淀法制备的Pd鄄Ag/