石墨烯基鉑納米復合材料電流型氫氣傳感器的工藝設計與性能研究.pdf

1、隨著全球經濟和城鎮(zhèn)化建設的高速發(fā)展，人們對能源的需求量日益增加，致使枯竭的石化資源難以滿足人類發(fā)展的需要，因此清潔能源的開發(fā)和利用成為了當務之急。氫氣作為一種理想的清潔能源氣體，用途廣泛，可用作高能燃料焊接或切割金屬；利用其還原性在冶金工業(yè)中提煉貴金屬；化工生產中氫氣可作為重要的化工原料。然而，氫氣是一種無色無味氣體，人體感覺器官無法發(fā)現(xiàn)，且易燃易爆，遇火種時在空氣中的爆炸極限范圍廣、下限低。出于安全考慮，在氫氣的應用場所，必須嚴格監(jiān)控

2、其泄漏情況。因此，為了確保氫氣在這些領域可以安全的使用，制備出靈敏度高、測量準確、響應快、穩(wěn)定性好的傳感器用來探測氫氣濃度具有重要的作用。電化學型氫氣傳感器安全可靠、測量準確、響應快和功耗低等優(yōu)點被廣泛應用到氫氣的檢測中。本論文通過研究傳感器電極制作工藝和組裝，得出新型的電流型氣體傳感器制作流程。此外，采用濕化學方法制備石墨烯-鉑(GS-Pt)納米復合材料開展對電流型氫氣傳感器的一系列研究工作。主要工作按以下兩部分進行：
　　一、

3、采用傳統(tǒng)催化劑Pt-Ru納米材料研究了電流型氣體傳感器的擴散電極制作工藝、傳感器組裝與測試。根據文獻報道的研究方法作為基礎，通過改進實驗過程和參數(shù)獲得多孔擴散電極，這種電極其表面催化劑具有均勻連續(xù)分布、機械強度高等特點。按照新組裝方法制作出的傳感器，利用氧化硅隔膜將三電極分開，提高了傳感器的穩(wěn)定性。獲得的傳感器具有高靈敏度、高穩(wěn)定性以及快速響應/恢復等優(yōu)點。經過測試、優(yōu)化后，將性能優(yōu)異的傳感器與外電路板組成手持便攜式氣體檢測報警器，這將

4、為以后電化學氣體傳感器的生產制造提供幫助。
　　二、采用溫和的濕化學方法制備石墨烯，通過一步還原法將Pt納米顆粒修飾到石墨烯表面，制備出GS-Pt復合納米材料，并構造成新型電流型氫氣傳感器。該方法制作的傳感器電極Pt的載量只有0.8mg/cm2，相對于商業(yè)傳感器大幅降低了貴金屬Pt的使用量，但仍表現(xiàn)出高的氣敏性能，靈敏度達到162nA/ppm，檢測下限低至1.5ppm，響應時間僅為20s，并且該傳感器還表現(xiàn)出良好的線性關系、重復性