【摘 要】
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气体传感器核心的部分是气敏材料。目前,为了提高其气敏性能,开发高性能的气体传感材料成为了研究重点。本文从新型敏感材料设计/制备/优化、到敏感元件性能研究以及敏感机理探讨等方面系统的开展研究工作,研究内容如下:(1)实验采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)自组装法和表面敏化法分别制备了氧化石墨烯-四羧基苯基卟啉(GO-TCPP),四羧基苯基卟啉-石墨相氮化碳(TCPP-g-C_3N_4)复合敏
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气体传感器核心的部分是气敏材料。目前,为了提高其气敏性能,开发高性能的气体传感材料成为了研究重点。本文从新型敏感材料设计/制备/优化、到敏感元件性能研究以及敏感机理探讨等方面系统的开展研究工作,研究内容如下:(1)实验采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)自组装法和表面敏化法分别制备了氧化石墨烯-四羧基苯基卟啉(GO-TCPP),四羧基苯基卟啉-石墨相氮化碳(TCPP-g-C3N4)复合敏感材料,使用扫描电子显微镜(SEM),透射电镜(TEM),拉曼(Raman),红外光谱(FTIR)对样品进行了表征与分析,利用旋转甩涂法制备TCPP、GO-TCPP,TCPP-g-C3N4气体传感器,通过搭建光波导检测系统在室温条件下测试了这三种传感器对挥发性有机物的气敏特性。(2)研究结果表明,在520 nm的光源下,TCPP传感器对18中挥发性有机化合物(VOCs)进行了检测,其对乙二胺(EDA)表现出较高的选择性,响应和恢复时间分别为5 s和10 s,并且能够检测1×10-7(V/V0)的EDA,浅显分析乙二胺与TCPP薄膜作用机理为质子间的转移;在670 nm的光源下TCPP传感器对SO2,H2S表现出较高的选择性,但其不恢复,本文通过氨气的助力,使其恢复到基线,且能够检测到1×10-7(V/V0)和1×10-6(V/V0)的SO2和H2S,探究其作用机理可能是电子传递反应和质子化-去质子化过程。不管在重复性、稳定性、线性度上,GO-TCPP均高于TCPP,TCPP-g-C3N4传感器,且对SO2,H2S气敏性能最为优异,其传感器的响应值是TCPP传感器的3倍,还具有优异的选择性,能检测至1×10-9(V/V0)的SO2,1×10-8(V/V0)的H2S,其原因可能是GO传输电子的巨大作用。通过改变质量比(TCPP:g-C3N4)、转速、p H的条件,制备了free-TCPP-g-C3N4,J-TCPP-g-C3N4,H-TCPP-g-C3N4传感器,能检测到1×10-7(V/V0)的SO2,1×10-6(V/V0)的H2S,并且通过SEM观察了H-TCPP-g-C3N4薄膜分别与SO2,H2S作用后的形貌,认为其机理是质子化-去质子化过程,但其气敏性能还不及TCPP传感器,原因可能是简单的表面敏化法未能改善g-C3N4的高载流子复合率。(3)三种传感器中GO-TCPP传感器对SO2气敏性能最优异,在电化学气敏测试过程中,也是对SO2具有较好的选择性。因此,对实际样品(银耳)中残留的SO2进行了检测,并与国标实验结果做了对比。实验结果表明,GO-TCPP传感器能够检测样品中残留的SO21.8×10-8~2.0×10-8g/L,国标法是用蒸馏碘量法测得样品中残留的SO20.2059 g/L。相对而言,光波导传感器的检测方法更为简单,样品无需破坏等优点,我们期望该敏感元件能够在检测食品中SO2方面有着广阔的前景。
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