一种基于Pt@TiO2Ti3CN纳米复合材料的传感器的制备方法及应用

本发明属于气体传感纳米复合材料制备，具体涉及pt@tio2ti3cn纳米复合材料及其制备方法和传感器的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着现代工业及经济社会的发展，环境污染问题日益加剧，尤其是大气污染问题引起人们日益关注，其中氨气(nh3)作为大气污染的主要污染物对环境保护、人类的健康及动植物的生长有着严重的影响。氨一直被认为是公共卫生保护的一大前沿领域，不仅因为它的恶臭，nh3会与空气污染物(sox或nox)发生反应，形成直径小于2.5毫米的颗粒物(pm2.5)，对肺部造成严重损害，甚至致癌(pm2.5的主要成分)。人类的农业活动，肥料和动物粪便的使用，是排放到大气中的氨的最重要来源。氨气也广泛产生在工业部门，如化肥生产、化学工程和食品加工。此外，人呼出氨的浓度可作为医学诊断的标志，浓度的异常增加可能源于幽门螺杆菌，肝性脑病，肾脏疾病或口腔细菌引起的溃疡。综上所述，研制一种高质量的氨气传感器，在大气环境保护、农业、工业和快速医学诊断等面具有巨大的应用潜力。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、作为研究最多的一类气敏材料，半导体金属氧化物基于目标气体存在下的电阻变化而工作，由于其高灵敏度、快速响应和恢复速度、突出的稳定性和优异的可逆性而普遍受到广泛关注。然而，基于半导体金属氧化物的传感器通常在较高温度(100至400℃)下工作，这显著增加了其能耗。升高的温度还可能破坏传感材料的微结构，降低传感器的稳定性和使用寿命。此外，半导体金属氧化物的比表面积小、对气体的吸附量少、反应活性低、电导率低等缺点也抑制了目标气体的充分吸附和反应，导致传感性能下降，限制了nh3气体传感器的应用发展。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述问题，本发明采用的主要技术方案包括：

5、其一，本发明提供一种pt@tio2/ti3cn纳米复合材料制备方法，包括：s1，将钛粉、石墨粉和氮化铝进行退火、蚀刻处理，干燥后得到ti3cn；s2，将所述ti3cn加入到hcl溶液中，并进行水热氧化处理，干燥后得到tio2/ti3cn纳米复合材料；s3，利用去离子水、h2ptcl6·6h2o溶液和硼氢化钠，对所述tio2/ti3cn纳米复合材料进行还原处理，得到pt@tio2/ti3cn纳米复合材料。

6、进一步地，所述将钛粉、石墨粉和氮化铝进行退火、蚀刻处理，干燥后得到ti3cn，包括：s11，将钛粉、石墨粉和氮化铝按照摩尔比3：1：1，在球磨机中混合10～15h，得到钛石墨氮化铝混合粉末；s12，将所述钛石墨氮化铝混合粉末加入到管式炉中，并向所述管式炉中注入氩气进行退火研磨，得到ti3alcn材料；s13，将lif和hcl在去离子水中均匀超声后，得到蚀刻混合溶液；s14，将所述ti3alcn材料缓慢加入到所述蚀刻混合溶液中，磁力搅拌后，得到ti3alcn酸性悬浮液；s15，利用所述去离子水，对所述ti3alcn酸性悬浮液进行洗涤若干次至ph值到达中性，得到ti3cn沉淀物；s16，将所述ti3cn沉淀物，在60～80℃真空干燥箱中干燥12～24h，得到ti3cn。

7、进一步地，所述退火的温度为1300～1500℃，时间为2～4h；所述超声的时间为1～2h，功率为240～260w；所述磁力搅拌的温度为45～55℃，时间为20～28h。

8、进一步地，所述将所述ti3cn加入到hc1溶液中，并进行水热氧化处理，干燥后得到tio2/ti3cn纳米复合材料，包括：s21，将所述ti3cn加入到hc1溶液中，并加入表面形貌导向剂，室温搅拌2～4h，得到搅拌后混合溶液；s22，将所述搅拌后混合溶液加入到高压釜中进行水热氧化处理，得到(001)tio2/ti3cn固体；s23，利用所述去离子水，对所述(001)tio2/ti3cn固体进行洗涤若干次至ph值到达中性并离心，得到tio2/ti3cn纳米复合材料沉淀物；s24，将所述tio2/ti3cn纳米复合材料沉淀物，在60～80℃真空干燥箱中干燥12～24h，得到tio2/ti3cn纳米复合材料。

9、进一步地，所述表面形貌导向剂为nabf4；所述水热氧化的温度为150～170℃，时间为6～24h。

10、进一步地，利用去离子水、h2ptcl6·6h2o溶液和硼氢化钠，对所述tio2/ti3cn纳米复合材料进行还原处理，得到pt@tio2/ti3cn纳米复合材料，包括：s31，将所述tio2/ti3cn纳米复合材料加入到所述去离子水中，得到tio2/ti3cn悬浮液；s32，将h2ptcl6·6h2o溶液缓慢加入到所述tio2/ti3cn悬浮液中，室温下磁力搅拌2～4h,得到搅拌后悬浮液；s33，将所述硼氢化钠加入到所述搅拌后悬浮液中，室温下磁力搅拌2～4h,得到pt@tio2/ti3cn悬浮液；s34，利用所述去离子水和无水乙醇，对所述pt@tio2/ti3cn悬浮液进行交替洗涤若干次至ph值到达中性，得到pt@tio2/ti3cn纳米复合材料沉淀物；s35，将所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料沉淀物，在60～80℃真空干燥箱中干燥12～24h，得到pt@tio2/ti3cn纳米复合材料。

11、其二，本发明提供了一种pt@tio2/ti3cn纳米复合材料；所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料包括具有多层mxene结构的ti3cn和生长在所述ti3cn表面ti位点的纳米tio2粒子，以及修饰到tio2/ti3cn纳米复合材料表面的pt纳米粒子；所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料形成p-n型异质结。

12、其三，本发明提供了一种pt@tio2/ti3cn纳米复合材料传感器的制备方法，应用于所述的pt@tio2/ti3cn纳米复合材料，包括：将所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料溶于溶剂中，获得pt@tio2/ti3cn纳米复合材料溶液；将所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料溶液滴加到金叉指电极上，进行干燥，得到所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料传感器。

13、进一步地，所述溶剂为水或有机溶剂；所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料溶液的浓度为5～10mg/ml。

14、其四，本发明提供了一种pt@tio2/ti3cn纳米复合材料传感器的应用，所述pt@tio2/ti3cn纳米复合材料传感器在氨气检测中的应用。

15、(三)有益效果

16、本发明有益效果是，与现有技术相比，提供了一种pt@tio2ti3cn纳米复合材料及其制备方法和传感器的制备方法及应用。

17、1.本发明提供的pt@tio2/ti3cn纳米复合材料的制备方法，先通过水热法原位氧化合成了tio2/ti3cn，后通过ptnps的修饰最终合成了pt@tio2/ti3cn纳米复合材料，该合成方法操作简单，产率高，且具有优异的稳定性。

18、2.本发明提供的pt@tio2/ti3cn纳米复合材料因其构建的异质结构与肖特基势垒，使pt@tio2/ti3cn纳米复合材料在室温下对低浓度范围内的氨气具有较高的响应值。

19、3.本发明提供的pt@tio2/ti3cn纳米复合材料传感器在对氨气的检测中表现出较高的灵敏度、重复性和稳定性，且该传感器合成简便、响应恢复速度快，实际应用价值高。