空心納米金在甲醛氣體傳感器中的應(yīng)用研究

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1、空心納米金在甲醛氣體傳感器中的應(yīng)用研究作者：劉世偉華凱峰蘇怡呂翔宇李翠玲王玉江【摘要】通過(guò)犧牲模板法合成了具有空心結(jié)構(gòu)的納米金催化劑，并進(jìn)行了TEM、SEM和XRD等物理表征。把該催化劑作為工作電極的活性物質(zhì)，以1mol/LKOH為電解質(zhì)，組裝了電流型甲醛氣體傳感器。在甲醛氣體濃度為0～2.23×10－6mol/L范圍內(nèi)對(duì)傳感器進(jìn)行了性能測(cè)試，傳感器響應(yīng)信號(hào)y（A）與氣體濃度x（mol/L）線性回歸方程為y=16.63x+4.063×10－7，r=0.9989。該傳感器靈敏度高于同載量實(shí)心金納米催化劑組裝的傳感器70％左右，達(dá)到了降低貴金屬用量的目的。因其具有較快的響

2、應(yīng)時(shí)間、良好的重現(xiàn)性和良好的線性關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)，可用于適當(dāng)濃度范圍內(nèi)的甲醛氣體檢測(cè)?！娟P(guān)鍵詞】氣體傳感器,電流型,空心結(jié)構(gòu),甲醛,納米金　　AbstractThegoldhollownanosphereshavebeensynthesizedbysacrificetemplatemethodandtheobtainedsamplehasbeencharacterizedbyTEM,SEMandXRD.Theamperometricformaldehydegassensorwasassembledwithgoldhollownanospheresastheactiveel

3、ectrodematerialand1mol/LKOHsolutionaselectrolyte.Theequationoflinearregression（y=16.63x+4.063×10－7，r=0.9989）betweenthe27oxidationcurrent（y(A)）andtheconcentrationofformaldehyde（x/（mol／L））wasobtainedattheformaldehydeconcentrationintherangeof0to2.23×10－6mol/L.Thesensitivityofthesensorwithg

4、oldhollownanospheresasactivematerialincreasedbyabout70％comparedwiththesensormadeofnanoparticleswhichhadthesamegoldloadingintheworkelectrode,thismethodexhibitsanadvantageofdecreaseinthecostofthenoblemetal.Thiskindofsensorshowspotentialapplicationinformaldehydegasdetectioninthisrangeduet

5、oitsexcellentsensitivity,stableresponseandgoodlinearrelationship.　　KeywordsGassensor,amperometrictype,hollowstructure,formaldehyde,nanogold　　1引言甲醛是具有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，在化工、食品、建材等方面有著廣泛的應(yīng)用。甲醛殘留是造成室內(nèi)污染的重要因素[1]，對(duì)人們的健康有著很大的潛在威脅。世界衛(wèi)生組織已認(rèn)定甲醛是一種致癌物質(zhì)[2]。因此，建立低濃度甲醛氣體的檢測(cè)方法具有重要意義。27檢測(cè)甲醛的傳統(tǒng)方法有光度法、色譜法和極譜法等[

6、3]。但是這些方法的缺點(diǎn)在于需要現(xiàn)場(chǎng)采集樣品，再到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行分析，不能滿足快速實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、連續(xù)檢測(cè)等要求[4]。近年來(lái)發(fā)展了電化學(xué)傳感器的檢測(cè)方法，該方法將氣體濃度信息直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，檢測(cè)更為方便，因具有使用簡(jiǎn)便、體積小、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的重視和應(yīng)用[5]。盡管目前基于金屬氧化物的半導(dǎo)體式電化學(xué)傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、全固態(tài)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，但是也同時(shí)存在著選擇性差、靈敏度低、高能耗等缺點(diǎn)，限制其應(yīng)用[6]。而基于控制電位電解原理的電流型氣體傳感器，具有靈敏度高、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)[7]，克服了半導(dǎo)體式傳感器的一些缺陷。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)控制電位電解原理設(shè)計(jì)了檢測(cè)低濃度甲

7、醛氣體的傳感器。27電流型甲醛氣體傳感器通常使用三電極的電解池結(jié)構(gòu)，采用具有催化活性的物質(zhì)作為電極材料。為了獲取良好的響應(yīng)信號(hào)和穩(wěn)定性，一般使用比表面積較大的納米級(jí)貴金屬催化劑，尤其在工作電極上，活性物質(zhì)的顆粒大小、物理形貌等因素直接影響著傳感器的檢測(cè)性能[8]。文獻(xiàn)[9]報(bào)道具有中空結(jié)構(gòu)的納米材料，因其具有較大的比表面積在電催化方面表現(xiàn)了優(yōu)越的性能。與通常的實(shí)心納米粒子相比，節(jié)省了催化劑的使用，提高了貴金屬利用效率。因此，本實(shí)驗(yàn)選用納米空心結(jié)構(gòu)的金作為工作電極的活性物質(zhì)，并在堿性條件下考察其性能。本實(shí)驗(yàn)用犧牲鈷模板法[10~12]制備了空心結(jié)構(gòu)的納