碳基纳米材料气敏性能的调控及其在臭氧检测中的应用

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碳纳米管(Carbon Nanotubes(CNTs))和石墨烯(Graphene(G))作为化学气体传感器的传感元件,引起了广泛的关注。CNTs和G独特的结构,即使在低温下也能对周围气体种类提供灵敏度和较低的检测限。但是在选择性、高灵敏度、可重复性方面仍然存在挑战,这些缺点可以通过与各种组分的功能化修饰、掺杂构成复合材料来实现。基于CNTs和G在气体传感器的潜在价值。我们通过非共价功能化多壁碳纳米管(Multi-Wall CNTs(MWCNTs))以及二硫化钼(MoS2)掺杂氧化石墨烯(Graphene oxide(GO))的方法构成化学传感器阵列,提高其灵敏度和选择性。构成具有不同识别模式的化学传感器阵列,实现与图像识别和大数据的结合,以便通过物联网(Internet of Thing(IoT))的深入发展和有区别地快速检测气态污染物。(1)将盐酸羟胺(HONH3Cl),氨基乙酸(C2H5NO2),丁二酸(C4H6O4),十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN),8-羟基喹哪啶(C10H9NO)和喹啉(C9H7N)改性剂通过堆积相互作用和范德华力非共价吸附在MWCNTs的壁上,将制备好的传感材料涂在陶瓷基板上以形成传感膜。制造出基于非共价功能化的MWCNTs传感器阵列,对5 ppm臭氧(O3)的响应提高了约68.8-258.3%,最高响应达到34.4%。发现对100%相对湿度(Relative Humidity(RH))的最大响应仅为5.6%,显示出极佳的耐湿性。两个月后,最敏感的传感器对O3的响应值下降不超过15%,显示出良好的长期稳定性。根据主成分分析对传感器阵列进行了优化,在室温下30 s内实现了六种分析物的判别检测。(2)将1,1/2,1/3 mmol的钼酸铵((NH46MO7O24·4H2O)和30,15,10 mmol的硫脲(CH4N2S)分别溶解在35 ml稀释的GO溶液中,将溶液转移到45 ml聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene(PTFE))高压釜中并在180?C下保持24小时。最后将不同比例的MoS2/还原氧化石墨烯(Reduced Graphene oxide(RGO))复合材料制成简单的传感器阵列,通过对过氧化氢(H2O2),O3,丙酮(C3H6O)和乙醇(C2H6O)蒸汽的检测发现,MoS2/RGO-3对目标气体显示出更高的传感响应和更快的响应/恢复时间。此外,三种基于MoS2/RGO复合材料的传感器对O3均具有良好的抗干扰性能,实现了在室温下14.5 s内对三种目标分析物的鉴别检测,显示了其在检测三丙酮三过氧化物(Triacetone Triperoxide(TATP))前体物中的潜在价值。
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