甲醛气体传感器的研究进展

甲醛气体传感器的研究进展引言甲醛是室内空气的主要污染物之一，随着人们对室内空气污染的日益关注，对甲醛的准确及时检测显得更加重要。目前检测甲醛气体最为快速的方法就是传感器法。传感器测定甲醛具有操作简便、快速灵敏携带方便等优点，目前发展很快。2各类甲醛气体传感器研制进展目前甲醛气体传感器种类繁多，分类方法尚无统一标准。根据气敏特性来分类，主要有电化学式、半导体式、接触燃烧式、光学式、热偶电导式等。电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。3甲醛气体传感器的开发现状目前，市场上销售的真正意义上的甲醛快速测定仪大多使用各类气体传感器，且原理主要是基于电化学原理。如美国INTERSCAN公司的4160甲醛测定仪、英国PPM400型手持式现场甲醛测定仪和日本COSMOS公司的XP—308和XP—308II型甲醛测定仪。4电流型甲醛传感器的研究查文献知纳米金电极对甲醛表现出优良的电催化活性。因此本实验是基于控制电位电解的原理设计了电流型甲醛传感器，即在恒定的电位下采集电流信号(即甲醛在敏感电极上发生催化氧化的阳极电流)，具有灵敏度高，检测下限低等特点。5工作原理电流型甲醛传感器的工作原理是控制工作电极于一定电位时，在碱性电解质中，甲醛在纳米金催化剂工作电极上电催化氧化为CO2，采集阳极电流信号，反应如下公式所示：

HCHO+4OH_==CO2+3H2O+4e6实验部分仪器试剂：Nafion，PTFE乳液，HAuCl4，KOH和HCHO，NaBH4，高纯氮气，甲醛标准气体。试剂均是分析纯，溶液的配置均采去离子水。X射线衍射仪，扫描电镜，电化学工作站。7催化剂的制备8采用模板法制备纳米级金催化剂。将300ml去离子水通高纯氮排除溶解的氧气搅拌下加入柠檬酸钠35mg，硼氢化钠45mg待稳定后加入浓度为0.4mol/L的醋酸钴0.3ml。反应体系始终在氮气的保护下进行即合成了钴纳米粒子。纳米金催化剂制备继续搅拌反应至体系中硼氢化钠消耗完毕加入9.71mol/L氯金酸8.3ml，于室温下搅拌12h。最后，将产物离心，洗涤，即制得纳米级金催化剂。金纳米催化剂可用TEM和XRD来表征。9传感器组装采用控制电位电解型的三电极体系。工作电极和对电极为所制备的纳米级金催化剂作为活性物质的气体扩散电极，参比电极使用铂黑催化剂气体扩散电极。气体扩散电极的制备是将不同的活性物质与30％的聚四氟乙烯乳液超声分散混合均匀，喷涂于具有多孔结构的防水透气聚四氟乙烯膜上。再经洗涤，烘干，烧结，组装成甲醛气体传感器。10传感器的结构示意图工作电极、对电极和参比电极面积均为lcm2电解液采用1mol/L的KOH溶液11电化学及传感器性能测试采用三电极体系进行循环伏安测试。工作电极是将所制备的纳米级金催化剂滴涂于玻碳电极，对电极为光滑的Pt片，参比电极为饱和甘汞电极。电解液为1mol/LKOH溶液与0.3mol/L甲醛的混合溶液。电位扫描区间为-0.8V~0.5V，扫速为50mV／s。12传感器性能测试通过I—t曲线测试来确定传感器的响应时间选择工作电位为-70mV。在稳定235秒后开始通入低浓度的甲醛标准气体，在曲线稳定后停止通气，通气时间50s。待基线稳定后，再次通气200s对稳定性和重现性进行考察。选择不同浓度甲醛气体对线性关系进行考察，选择几个采集点（如2、5、14、50ppm）进行控制电位测试，并记录平稳后的响应电流。13参考文献[1]胡冠九，尹卫萍．室内空气中甲醛的测定方法[J].环境监测管理与技术，2002，14(6)：12—13.[2].张海荣，王梅．甲醛分析仪测定空气中甲醛的方法研究[J]．环境工程，2003，21(2)：58-59．[3].饶志明，蔡亚萍，方良周，等．基于氧化钛一氧化钇粉体催化发光甲醛气体传感器的研究[J]．分析化学，2006，34(6)：832—834．[4].侯振雨，谷永庆，徐甲强，等．纳米CuO材料的甲醛气敏性研究[J]．郑州轻工业学院学报：自然科学版，2006，20(2)：42—43．[5].刘如征，全宝富，刘凤敏，等．In'03基甲醛传感器的研制[J]．电子元件与材料，2006，25(11)：l5—17．[6].张建荣，高濂．SnO：纳米晶的合成表征与气敏性能研究[J]．无机材料学报，2005，20(2)：465--469．[7].季振国，孙兰侠，何振杰，等．可鉴别室内有害气体的铟锡氧化物薄膜气敏特性研究[J]．传感技术学报，2004(2)：277-279．[8].孙兰侠，季振国，杜鹃，等．二氧化锡薄膜气体传感器对常见室内污染气体的电阻一温度特性及机理分析[J]．传感技术学报，2005，18(1)：47—49．[9].张良谊，温丽菁，周峰，等．用于测定空气中甲醛的电子鼻阴．高等学校化学学报，2003，24(8)：1381—1384．[10].孙蕾．用于声表面波甲醛传感器的相关系统研究[D]