一种二氧化氮气体传感器及其制备方法

本发明属于光辅助气体传感器，具体涉及一种二氧化氮气体传感器及其制备方法。

背景技术：

1、二氧化氮(no2)作为一种典型的空气污染物，其对人类健康和环境的负面影响是多方面的。在环境问题方面，no2是形成酸雨的主要气体之一。当no2与大气中的水蒸气反应，会生成硝酸，进而形成酸性物质降落到地面，对土壤、水体和生态系统造成破坏。此外，no2也是导致大气雾霾形成的关键因素之一，它与挥发性有机化合物(vocs)反应，形成二次有机气溶胶(soa)，这是雾霾中的重要组成部分。

2、鉴于no2对人类健康和环境的严重影响，开发高灵敏度、快速响应/恢复、高选择性、低功耗的no2传感器显得尤为重要。这些传感器可以广泛应用于工业排放监测、室内空气质量控制以及个人健康监测等领域。

3、光辅助策略是提高氧化物半导体传感器性能的一种有效方法。通过引入光，可以增加氧化物半导体的电子浓度，从而提高其对no2的灵敏度。光辅助作用还可以加快电子传输速率，增加no2分子的解吸附路径，以及通过光致分解作用，加速no2的转化，从而提高传感器的响应速度和恢复能力。缺陷氧化钨(w18o49)作为一种具有氧空位的氧化物半导体，因其在可见光和近红外光波段的优异光吸收性能而在室温传感领域受到关注。然而，缺陷氧化钨在实际应用中也面临着一些挑战，包括稳定性差、电子迁移率低、响应和恢复时间较长、灵敏度不足以及难以恢复等问题。

4、因此，现有技术还有待于进一步的提升。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种二氧化氮气体传感器及其制备方法，通过选用金属掺杂的氧化钨作为传感器的敏感材料，使得传感器可以在室温条件下就能对二氧化氮进行检测，且具有很高的稳定性。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、第一方面，一种二氧化氮气体传感器，包括：基材、印刷在所述基材上的导电电极及涂覆在所述导电电极上的敏感材料，其中，所述敏感材料为金属掺杂的氧化钨。

4、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

5、作为优选的技术方案，所述的二氧化氮气体传感器，其中，所述金属掺杂的氧化钨，其中掺杂金属选自钴、镍、铜、锡、钼、锌、铟、钛和铌中的一种。

6、作为优选的技术方案，所述的二氧化氮气体传感器，其中，所述金属掺杂的氧化钨为一维纳米线、纳米花、纳米片或者海胆状形貌。

7、作为优选的技术方案，所述的二氧化氮气体传感器，其中，所述敏感材料的厚度为1-3mm。

8、作为优选的技术方案，所述的二氧化氮气体传感器，其中，所述金属掺杂的氧化钨的制备方法包括：

9、将六氯化钨、金属盐分散至乙醇中，得到混合溶液；形成所述金属盐的金属选自钴、镍、铜、锡、钼、锌、铟、钛和铌中的一种；

10、对所述混合溶液进行加热，溶剂热反应结束后，冷却、分离得到所述金属掺杂的氧化钨。

11、作为优选的技术方案，所述的二氧化氮气体传感器，其中，所述混合溶液中其他金属离子与钨离子的摩尔比为0.5-5％。

12、第二方面，一种上述所述的二氧化氮气体传感器的制备方法，其中，包括：

13、将敏感材料分散在乙醇和乙二醇的混合溶液中，得到样品溶液；

14、将所述样品溶液涂覆在基材上的导电电极表面，干燥后得到二氧化氮气体传感器。

15、作为优选的技术方案，所述的二氧化氮气体传感器的制备方法，其中，所述基材为陶瓷，聚合物或者硅基材料；所述导电电极为银钯电极，au电极或者pt电极。

16、有益效果：与现有技术相比，本发明传感器中的金属掺杂的氧化钨具有较高的比表面积，这意味着有更多的活性位点可供no2分子吸附。增大的比表面积不仅增加了气体分子与传感器表面的接触机会，而且有助于提高传感器对低浓度气体的检测能力。金属掺杂引入了额外的掺杂能级，这些能级可以作为电子或空穴的传输通道，从而加速了电荷在材料中的传输速率。金属掺杂改变了氧化钨的能带结构，通过引入新的能级，可以调节材料的电子结构，进而影响其对no2的吸附能力和反应性。金属掺杂的w18o49在可见光和近红外光波段展现出良好的光吸收性能。这种特性使得传感器可以在光辅助下工作，利用光辅助来提高传感器的灵敏度和响应速度，实现室温下的高效传感。金属掺杂还会影响氧化钨的晶格结构，可能导致晶格参数的变化或晶格畸变，这些结构变化可以改变材料的电子性质，增强其对no2分子的吸附能力。金属掺杂通过改变材料的表面性质，增强了与目标气体分子的相互作用，这可能包括化学吸附、物理吸附或催化反应等，从而提高了传感器的灵敏度和选择性。金属掺杂还提高了氧化钨的热稳定性和化学稳定性，这对于传感器在长期使用过程中保持性能稳定至关重要。由于金属掺杂提高了传感器的灵敏度和响应速度，可以在较低的功耗下实现对no2的有效检测，这对于传感器的便携性和实际应用具有重要意义。

技术特征：

1.一种二氧化氮气体传感器，包括：基材、印刷在所述基材上的导电电极及涂覆在所述导电电极上的敏感材料，其特征在于，所述敏感材料为金属掺杂的氧化钨。

2.根据权利要求1所述的二氧化氮气体传感器，其特征在于，所述金属掺杂的氧化钨，其中掺杂金属选自钴、镍、铜、锡、钼、锌、铟、钛和铌中的一种。

3.根据权利要求1所述的二氧化氮气体传感器，其特征在于，所述金属掺杂的氧化钨为一维纳米线、纳米花、纳米片或者海胆状形貌。

4.根据权利要求1所述的二氧化氮气体传感器，其特征在于，所述敏感材料的厚度为1-3mm。

5.根据权利要求1所述的二氧化氮气体传感器，其特征在于，所述金属掺杂的氧化钨的制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的二氧化氮气体传感器，其特征在于，所述混合溶液中其他金属离子与钨离子的摩尔比为0.5-5％。

7.一种权利要求1-6任一所述的二氧化氮气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的二氧化氮气体传感器的制备方法，其特征在于，所述基材为陶瓷，聚合物或者硅基材料；所述导电电极为银钯电极，au电极或者pt电极。

技术总结本发明属于光辅助气体传感器的设计技术领域，具体涉及一种二氧化氮气体传感器及其制备方法，二氧化氮气体传感器包括：基材、印刷在所述基材上的导电电极及涂覆在所述导电电极上的敏感材料，所述敏感材料为金属掺杂的氧化钨。本发明传感器中的金属掺杂的氧化钨具有较高的比表面积，这意味着有更多的活性位点可供NO<subgt;2</subgt;分子吸附。金属掺杂改变了氧化钨的能带结构，通过引入新的能级，可以调节材料的电子结构，进而影响其对NO<subgt;2</subgt;的吸附能力和反应性。金属掺杂的W<subgt;18</subgt;O<subgt;49</subgt;在可见光和近红外光波段展现出良好的光吸收性能。这种特性使得传感器可以在光辅助下工作，利用光辅助来提高传感器的灵敏度和响应速度，实现了在室温下的高效传感。技术研发人员：徐强,李楠,李文华,王掌受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26