基于Au/SnS2纳米复合材料的可见光调制的高选择性NO2气体传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及NO

背景技术

二氧化氮(NO

目前的传感器技术当中，应用较广的主要是以金属氧化物半导体为敏感材料制备的气体传感器。例如，公开号CN113125385A的中国专利公开了一种基于Au@MoS

SnS

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于Au/SnS

第一方面，本发明涉及一种基于Au/SnS

其中，所述敏感材料为具有异质结构的Au/SnS

在可选的实施方式中，具有异质结构的Au/SnS

在可选的实施方式中，所述Au纳米颗粒的直径为5nm。

第二方面，本发明涉及一种前述基于Au/SnS

制备SnS

用Au纳米粒子对SnS

以异质结构的Au/SnS

在气体传感器的上方设置光源，用于在检测时面向气体传感器发出420nm波长范围的光，提供可见光调制环境，通过在420nm下的可见光调制下，实现在NO

在可选的实施方式中，所述SnS

步骤1-1、将五水氯化锡(SnCl

步骤1-2、在室温环境下将混合溶液磁力搅拌30min，从而得到透明均相溶液；

步骤1-3、将所得的均相溶液超声振荡20min；

步骤1-4、将溶液转移到聚四氟乙烯的特氟龙高压反应釜中，在真空加热箱中以200℃的温度加热12h；

步骤1-5、等待反应釜中的溶液冷却至室温后，使用离心机在5500rad/min的速度下对溶液进行离心3min，再将获得的沉淀用去离子水与乙醇清洗；

步骤1-6、把黄色沉淀放置到真空干燥箱中，在60℃温度下放置8h，最终得到SnS

在可选的实施方式中，所述异质结构的Au/SnS

步骤2-1、将制备好的SnS

步骤2-2、将溶液超声振荡10min；

步骤2-3、加入HAuCl

步骤2-4、沸腾后加入柠檬酸钠三水合物，加热10min后，停止加热并等待冷却至室温；

步骤2-5、用去离子水和无水乙醇洗涤3～4次；

步骤2-6、最后将得到的墨绿色沉淀放置到真空干燥箱中，以60℃的温度干燥8h，最终得到异质结构的Au/SnS

在可选的实施方式中，所述Au/SnS

在可选的实施方式中，所述叉指电极的叉指间的间距为200微米。

在可选的实施方式中，在制备敏感膜过程中，采用多次重复滴涂和干燥的方式，形成最终的敏感膜。

在可选的实施方式中，将气体传感器，以及气体传感器上方的光源装配于壳体中，所述壳体的侧面设有用于供气体流过的通道。

与现有技术相比，本发明的显著的有益效果在于：

本发明的NO

本发明制备的基于Au/SnS

附图说明

图1是本发明的基于Au/SnS

图2是本发明制备SnS

图3是本发明的实施例1的Au/SnS

图4和图5分别是本发明的实施例1的SnS

图6和图7分别是本发明的实施例1的SnS

图8是本发明的实施例1的Au/SnS

图9是本发明的实施例1的SnS

图10是本发明的实施例1的SnS

图11是本发明的实施例1的SnS

图12是本发明的实施例1的Au/SnS

图13是本发明的实施例1的SnS

图14是本发明的实施例1的SnS

图15和图16为本发明的实施例1的SnS

图17是SnS

图18和图19分别为本发明的实施例1的Au/SnS

图20是本发明的实施例1的Au/SnS

图21和图22分别为本发明的实施例1的Au/SnS

图23和图24分别为本发明的实施例1的Au/SnS

图25是本发明的实施例1的Au/SnS

图26是本发明的实施例1的SnS

图27为从响应值，选择度，响应时间，恢复时间以及灵敏度五个方面综合比较了图26的传感器气敏性能图。

图28分别为光辅助下的Au/SnS

图29为光辅助下的Au/SnS

图30为420nm条件下Au/SnS

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。

近年来，二维层状硫族化合物(如SnS

因此，本发明提供一种基于Au/SnS

本发明中的调制是指一种探测模式，可见光调制是指在加可见光的模式下，改变气体分子在敏感材料上的吸附类型，从而实现增强传感器的选择性。

可见光调制也可以理解为通过可见光调控；更进一步的理解，是指在可见光的条件下，通过可见光的调控，Au/SnS

如图1所示，在本发明示例性的实施例中，提供一种基于Au/SnS

其中，所述敏感材料为具有异质结构的Au/SnS

在可选的实施方式中，具有异质结构的Au/SnS

在可选的实施方式中，SnS

在可选的实施方式中，所述Au纳米颗粒的直径为5nm。

在本发明另一个示例性的实施例中，还提供一种前述基于Au/SnS

制备SnS

用Au纳米粒子对SnS

以异质结构的Au/SnS

在气体传感器的上方设置光源，用于在检测时面向气体传感器发出420nm波长范围的光，提供可见光调制环境，通过在420nm下的可见光调制下，实现在NO

结合图2(A部分)所示，在可选的实施方式中，所述SnS

步骤1-1、将五水氯化锡(SnCl

步骤1-2、在室温环境下将混合溶液磁力搅拌30min，从而得到透明均相溶液；

步骤1-3、将所得的均相溶液超声振荡20min；

步骤1-4、将溶液转移到聚四氟乙烯的特氟龙高压反应釜中，在真空加热箱中以200℃的温度加热12h；

步骤1-5、等待反应釜中的溶液冷却至室温后，采用离心机将所得的混合溶液以5500rad/min的离心速度来收集SnS

步骤1-6、最后将得到的黄色沉淀放置到真空干燥箱中，以60℃的温度干燥8h，最终得到六方结构的SnS

在优选的实施例中，步骤1-1中，Sn与S的摩尔比为(1:3)～(1:5)，例如，将1.753g(5mmol)五水氯化锡和1.126g(15mmol)硫代乙酰胺溶于60mL电阻率>18.2MΩ·cm超纯水中。

结合图2(B部分)所示，在可选的实施方式中，所述异质结构的Au/SnS

步骤2-1、将制备好的SnS

步骤2-2、将溶液超声振荡10min；

步骤2-3、加入HAuCl

步骤2-4、沸腾后加入柠檬酸钠三水合物(TA)，加热10min后，停止加热并等待冷却至室温；

步骤2-5、用去离子水和无水乙醇洗涤3～4次；

步骤2-6、最后将得到的墨绿色沉淀放置到真空干燥箱中，以60℃的温度干燥8h，最终得到异质结构的Au/SnS

在优选的实施例中，步骤2-1中，SnS

在另一个优选的实施例中，步骤2-3中，Au和SnS

在另一个优选的实施例中，步骤2-4中，柠檬酸钠三水合物为质量分数1％的柠檬酸钠水溶液，即将柠檬酸钠三水合物溶解在去离子水中。

在可选的实施方式中，所述Au/SnS

在可选的实施方式中，所述叉指电极的叉指间的间距为200微米，采用5个Ag/Pd的叉指电极，Al

在可选的实施方式中，在制备敏感膜过程中，采用多次重复滴涂和干燥的方式，形成最终的敏感膜。

在可选的实施方式中，将气体传感器，以及气体传感器上方的光源装配于壳体中，所述壳体的侧面设有用于供气体流过的通道。

在优选的示例中，将所述气体传感器固定设置在检测盒的第一腔体内；

在所述检测盒的第二腔体设置光源，检测时光源向传感器发出420nm波长范围的光，为Au/SnS

如此，将Au/SnS

NO

下面结合具体的实施例，更加具体地阐述上述制备方法的实现。

实施例1

[SnS

步骤1-1、将1.753g五水氯化锡(SnCl

步骤1-2、在室温(25℃)下将溶液放在磁力搅拌器上搅拌30min，得到清澈透明的均相溶液。

步骤1-3、将所得的均相溶液在功率为200W的超声震荡器中震荡20min。

步骤1-4、将溶液转移到一个100mL聚四氟乙烯作内衬的高压反应釜中，放入真空干燥箱在200℃持续加热12h。

步骤1-5、等待溶液冷却至室温后，采用离心机将所得的混合溶液以5500rad/min的离心速度来收集SnS

步骤1-6、最后将得到的墨绿色沉淀放置到真空干燥箱中，以60℃的温度干燥12h，最终得到黄色的SnS

其中，所述黄色的SnS

实施例2

[Au/SnS

步骤2-1、取0.0278g制备好的SnS

步骤2-2、将溶液在功率为200W的超声振荡器中振荡10min。

步骤2-3、往上述溶液中加入浓度为50mM的HAuCl

步骤2-4、沸腾后加入620uL的质量分数为1％的柠檬酸钠，煮7min后停止加热。

步骤2-5、将所得溶液冷却至室温并去离子水与无水乙醇洗涤2～3次。

步骤2-6、最后将得到的墨绿色沉淀放置到真空干燥箱中，以60℃的温度干燥8h，最终得到Au/SnS

实施例3

[NO

步骤3-1、用超声波将0.01g Au/SnS

步骤3-2、在带有5个Ag/Pd的叉指电极的Al

在制备过程中，滴涂和干燥过程重复5次。

其中，电极是直接购买的商业化电极，叉值间的间距为200微米。

以下测试所用材料均来自实施例1-3。

微观结构测试

如图3所示，XRD图谱，展示了SnS

图4展现了SnS

图5是Au/SnS

图6和图7是SnS

图8是Au/SnS

通过上述表征手段可以证明，本发明成功制备了Au/SnS

SnS

图9是SnS

图10和图11是Sn 3d和S 2p的高分辨率XPS谱图，其中两个强峰位于486.6eV和495.1eV分别对应于Sn 3d

图12展示了Au 4f的高分辨率XPS图，其中Au/SnS

图13是Raman光谱图，一个明显的强峰313cm

图14是样品的紫外可见吸收光谱，SnS

通过上述测试，可以证明本发明制备的Au/SnS

由上述微观结构测试、XPS光谱，以及光学表征可以证明本发明成功制备了具有异质结构的Au/SnS

SnS

图15和图16为SnS

图18和图19分别是Au功能化的SnS

通过图15-17与图18-20的对比可以得知，通过Au修饰过后的SnS

Au/SnS

研究了Au/SnS

图21和图22测试了不同光波长和光强下1ppm NO

同时也测试了不同光强对气敏性能的影响，如图22所示。随着光照强度的增强，Au/SnS

图23和图24在最佳光照条件下测试了1-50ppm的NO

由此可以得知，在420nm的波长下的Au/SnS

SnS

图26描述了SnS

图27从响应值，选择度，响应时间，恢复时间以及灵敏度五个方面综合比较了传感器气敏性能。从图中可知，光辅助下的Au/SnS

从上述测试可以看出，与SnS

如此，当在检测NO

图28分别测试了光辅助下的Au/SnS

图29测试了光辅助下的Au/SnS

基于可见光调制的420nm Au/SnS

图30描绘了NO

结合图30a，图30b和图30c所示，SnS

O

NO

而对于NH

2NH

无论有光无光的条件在，Au/SnS

SnS

hv→h

NO

O

光诱导产生的空穴会与预吸附氧离子结合，导致吸附氧脱附(等式6)，从而暴露出更多的活性位点供给NO

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。