一种用于呼气丙酮检测的双金属SnO2基气敏材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及气敏材料，具体涉及一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、慢性病的早期诊断和筛查是提高治愈率的重要因素。人体呼出物中挥发性有机物的浓度变化与某些疾病密切相关。通过分析人体呼气中的挥发性有机物来诊断疾病是一种无创、简便的方法。在不同气体生物标志物中，丙酮被认为是反映糖尿病进展或治疗效果的关键因素，其含量可作为判断糖尿病的依据。因此，研发可用于糖尿病早期筛查的呼气丙酮传感器是十分必要的。面对极低的目标气体浓度和复杂的背景环境，需要更严格的要求来构建高性能的气体传感器，以实现对呼出气体中丙酮的ppb水平和高选择性检测。与其他呼气成分检测技术相比，基于化学电阻气体传感器的无创呼气诊断由于其优越的灵敏度、良好的材料可设计性、低功耗、紧凑的尺寸、低成本以及易于集成到传感器阵列中，已成为便携式疾病筛查的一种很有前途的方法。

2、与传统方法相比，基于金属氧化物半导体(mos)的气体传感器更方便携带、操作和快速响应。核心部件为mos材料，具有价格低廉、制造工艺简单、特异性强的特点。mos材料在无创快速诊断领域有着非常广阔的应用前景。其中，sno2作为典型的n型宽带隙半导体(在300k下eg＝3.6ev)，由于其高导电性和良好的稳定性而被广泛用作气敏材料。然而，单个基于sno2的气体传感器存在响应低、选择性差和操作温度过高的问题。因此，为了提高气敏性能，研究人员通过各种方法对sno2进行了改性，主要包括改变晶体结构和形态、修饰催化剂、构建异质结构、设计电荷转移杂化物以及引入分子探针和筛选效应。在所有这些策略中，据报道，纳米催化剂的功能化，包括具有协同效应的杂化纳米复合材料，并引入用于气体化学吸附的高活性催化剂，表现出显著增强的灵敏度和选择性检测能力。

3、特别是，作为一种非均相催化剂，双金属纳米颗粒(nps)表现出与其母体金属相关的双重性质。通过引入客体金属，由于报道的协同效应，双金属nps的活性、选择性和耐久性可以得到极大的调整和提高。这些独特的优势为高性能气体传感器带来了巨大的可能性。例如，li等人证明了sno2纳米片上的双金属pdau功能化实现了对甲醛和丙酮的高灵敏度检测，并对人体呼气中的湿度和其他生物标志物表现出良好的可恢复性、可靠性和抗干扰性。zhu等人制备了具有不同pd和pt负载量比的pdpt/in2o3纳米球，表现出在400ppb下对氢的快速检测、良好的选择性、重复性和长期稳定性。增强的气体敏化作用归因于pd和pt的协同作用。luo等人报道了一种具有富rh空心框架和富pd核框架的pdrh修饰zno空心纳米立方体，表现出改善的h2s传感性能，这可归因于富rh框架的优异导电性增加了比表面积和气体扩散，pdrh双金属的显著催化能力，以及肖特基势垒型结和缺陷的形成。feng等人合成的agpt修饰的wo3 nps对丙酮的反应显著增强，这归因于ag和pt nps对wo3 nps的化学和电子增敏，增加了对氧的吸附，加快了反应速度，进一步促进了气敏反应。因此，制备具有独特结构的sno2，然后在表面用双金属nps进行功能化，应该是一种很有前途的方法，可以制备出具有高灵敏度、快速响应和恢复时间的传感材料，用于检测低浓度的丙酮。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料及其制备方法与应用。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，提供一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料的制备方法，其包括以下步骤：

4、步骤1、sno2纳米球的合成：以sncl4为原料，采用直接一步水热法合成sno2纳米球，然后进行煅烧处理；

5、步骤2、ptau/sno2纳米球的合成：加入sno2纳米球，使用抗坏血酸作为还原剂原位还原h2ptcl6和haucl4合成ptau/sno2。

6、进一步地，步骤1的水热法具体为：

7、将1.5mmol sncl4在磁力搅拌下溶解在15ml蒸馏水中，加入3mmol蔗糖，然后将溶液转移到高压釜中，并在180℃下保持12小时；自然冷却至室温后，离心分离，并用蒸馏水和乙醇洗涤数次，得到sno2纳米球。

8、进一步地，步骤1的煅烧处理具体为：

9、将sno2纳米球在80℃下干燥6小时，并在500℃下煅烧4小时。

10、进一步地，步骤2的方法具体为：

11、将0.1g sno2纳米球分散到10ml蒸馏水中并超声处理10分钟；将230μl h2ptcl6和130μl haucl4加入到上述溶液中，之后将1ml 0.1m抗坏血酸溶液加入混合物中，并在环境条件下磁力搅拌4小时；最后，通过离心收集产物ptau/sno2，用蒸馏水洗涤，在60℃下干燥。

12、第二方面，提供一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料，其由上述方法制备得到。

13、第三方面，提供一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料在制备用于丙酮的气敏检测的ptau/sno2纳米球传感器中的应用。

14、本发明的有益效果为：

15、通过水热处理制备了sno2纳米球，然后通过原位还原法用ptau双金属纳米颗粒(nps)修饰。用fe-sem、tem、xrd和xps对材料的形貌、晶体结构和元素组成进行了表征。结果表明，成功合成了ptau/sno2，ptau nps均匀地包覆在sno2纳米球表面。研究了所制备的传感器的丙酮气敏性能，结果表明，与纯sno2纳米球传感器相比，ptau/sno2传感器在300℃下表现出更好的丙酮传感响应，丙酮浓度为0.166-100ppm，理论检测限低至158ppb。此外，ptau/sno2传感器在300℃下表现出优异的气体响应(ra/rg＝492.3，浓度为100ppm)、快速响应和恢复时间(14s/13s，浓度为10ppm)、良好的线性相关性、良好的重复性、长期稳定性和对丙酮的特异性。根据对传感器传感机理的分析，气敏性能的提高可归因于au nps的化学增敏、pt nps的电子增敏以及ptau双金属的协同作用。ptau/sno2传感器在糖尿病的早期诊断和筛查中具有巨大的应用潜力。

技术特征：

1.一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤1的水热法具体为：

3.根据权利要求2所述的用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤1的煅烧处理具体为：

4.根据权利要求1所述的用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤2的方法具体为：

5.一种用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料，其特征在于，是由权利要求1～4任何一项所述的方法制备得到。

6.权利要求5所述的用于呼气丙酮检测的双金属sno2基气敏材料在制备用于丙酮的气敏检测的ptau/sno2纳米球传感器中的应用。

技术总结
本发明涉及气敏材料技术领域，具体涉及一种用于呼气丙酮检测的双金属SnO<subgt;2</subgt;基气敏材料及其制备方法与应用。本发明通过水热法制备了SnO<subgt;2</subgt;纳米球，然后通过原位还原法用PtAu双金属纳米颗粒修饰。对材料的形貌、晶体结构和元素组成进行了表征。结果表明，成功合成了PtAu/SnO<subgt;2</subgt;，PtAu纳米粒子均匀地包覆在SnO<subgt;2</subgt;纳米球表面。研究了所制备的传感器的丙酮气敏性能，结果表明，与纯SnO<subgt;2</subgt;纳米球传感器相比，PtAu/SnO<subgt;2</subgt;传感器在300℃下表现出更好的丙酮传感响应。此外，PtAu/SnO<subgt;2</subgt;传感器在300℃下还表现出优异的灵敏度、快速的响应和恢复时间、良好的线性相关性、良好的重复性、长期稳定性和特异性。

技术研发人员：郭瑞华,李永振,曹培,朱小锋,李鹏,余玥
受保护的技术使用者：北京市科学技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23