一种可检测超低浓度丙酮的气敏材料及其制备方法

本发明涉及气敏材料领域，具体涉及一种介孔fe2o3六方纺锤体的气敏材料及其制备方法。

背景技术：

1、已有研究表明，人体呼出气体的丙酮可以被认为是糖尿病的生物标志物。其中健康个体呼出气体中丙酮的含量通常约为 0.3 至 0.4 ppm，而糖尿病患者呼出气体中丙酮的排放水平可能高达 1.8 ppm。因此，快速、实时、高灵敏度的超低浓度丙酮气体检测对无痛鉴别糖尿病具有重要意义。

2、fe2o3是典型的n型半导体，因其在丙酮检测中的优异性能而备受关注。在以往的研究中，构建不同纳米结构的fe2o3更有利于提高丙酮的气敏性能。例如，tran等人制备的fe2o3层状空心微球核/壳结构（sens. actuators b chem. 383 (2023) 133573），对 200ppm 丙酮表现出显着的响应 (ra/rg = 320)。近年来，mof材料的热解氧化作为自牺牲模板合成具有优异气敏性能的多孔mof衍生结构是一种有前景的策略。例如，fu等人。通过控制热解温度制备的 mof-74衍生的一维 co3o4纳米棒表现出优异的丙酮气敏选择性（j.alloys compd. 960 (2023) 170648）。gao等人通过调节富马酸的添加量来调节mil-88a(fe)前驱体的形貌，制备均质的fe2o3，对丙酮表现出良好的选择性（rsc adv. 6 (2016)94699–94705）。因此，以铁基mof为前驱体，通过氧化热处理制备具有丰富孔道的氧化铁，在丙酮传感领域具有重要的研究价值。然而，目前fe2o3基材料应用于丙酮气敏检测时仍存在不足之处，如灵敏性不够高，选择性不够强，工作温度过高，检测丙酮浓度不够低等。

技术实现思路

1、针对上述技术的不足，本发明设计一种可检测超低浓度丙酮的介孔fe2o3六方纺锤体气敏材料及其制备方法。该发明的气敏材料一方面拥有较大的比表面积和特殊的六方纺锤体介孔结构，以提供足够多的反应位点；另一方面具有丰富的吸附氧，以提高气敏材料针对特定丙酮气体的灵敏度以及选择性。本发明所采用的制备方法原料价格低廉，来源广泛，且化学制备步骤简单；所获得的介孔fe2o3六方纺锤体气敏材料用于超低浓度丙酮的气敏检测，可提高气敏材料的灵敏度、选择性和稳定性。

2、本发明的一种可检测超低浓度丙酮的介孔fe2o3六方纺锤体气敏材料，其特征在于，使用油浴法制备六边形飞碟状且尺寸均匀的mil-88b(fe)，然后以mil-88b(fe)为自牺牲模板，通过优化温度成功制备出高纯度介孔fe2o3六方纺锤体，具体制备步骤为：

3、1)、将8.94 mmol 对苯二甲酸溶解在120 ml n,n二甲基甲酰胺溶液中，将17.88mmol fecl3·9h2o添加到另外120 ml n,n二甲基甲酰胺溶液；

4、2)、将两种溶液混合并转移至平底锥形烧瓶中，在110℃油浴中保持2小时；

5、3)、将所得橙色溶液用n,n二甲基甲酰胺和无水乙醇多次洗涤，在 60℃烘箱中干燥过夜；

6、4)、将mil-88b(fe) 前驱体在马弗炉中不同温度下（400～550℃）煅烧 2 小时，得到介孔fe2o3六方纺锤体。

7、本发明的一种可检测超低浓度丙酮的介孔fe2o3六方纺锤体气敏材料，其特征在于，将该材料应用于超低浓度丙酮气敏检测，具体包括以下步骤：

8、将材料均匀涂覆在银电极片上并置于气体感应测量系统（cgs-4tps）的工作台上以相对湿度为30%的大气作为干扰气体，进行丙酮气体灵敏度测试，分别得到样品对丙酮气体响应的最佳工作温度、灵敏度、选择性和稳定性。

9、本发明的有益效果：

10、1）本发明所采用的制备方法原料价格低廉，来源广泛，且化学制备步骤简单；2）所获得的气敏材料拥有较大的比表面积和特殊的六方纺锤体介孔结构，以提供足够多的反应位点；3）所获得的气敏材料具有丰富的吸附氧，以提高气敏材料针对特定丙酮气体的灵敏度以及选择性；3）所获得的气敏材料可用于超低浓度丙酮气敏检测（检测极限0.4ppm），可提高气敏材料的灵敏度（10ppm时响应值为23；0.4ppm时响应值为1.88）、较低的最佳工作稳定（220℃）、优异的选择性和长期的稳定性。

技术特征：

1. 一种可检测超低浓度丙酮的气敏材料，其特征在于，所述的气敏材料为介孔fe2o3六方纺锤体结构气敏材料，其比表面积为17.7～35.6 m2/g，含吸附氧的比例为2.6%～8.8%。

2.根据权利要求1所述的一种可检测超低浓度丙酮的气敏材料，其特征在于，该材料的制备步骤为：

3.根据权利要求1所述的一种可检测超低浓度丙酮的气敏材料，其特征在于，将该材料应用于超低浓度丙酮气敏检测，具体包括以下步骤：将材料均匀涂覆在银电极片上并置于气体感应测量系统（cgs-4tps）的工作台上以相对湿度为30%的大气作为干扰气体，进行丙酮气体灵敏度测试，分别得到样品对丙酮气体响应的最佳工作温度、灵敏度、选择性和稳定性。

4. 根据权利要求3所述的一种可检测超低浓度丙酮气敏材料的应用，其特征在于，所述介孔fe2o3六方纺锤体结构气敏材料应用于丙酮气体检测的最佳工作温度为220～230℃、对10 ppm丙酮的响应值为8.5～23、丙酮检测极限低至0.4ppm。

技术总结
本发明设计一种可检测超低浓度丙酮的介孔Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;六方纺锤体气敏材料及其制备方法。本发明使用油浴法制备六边形飞碟状且尺寸均匀的MIL‑88B(Fe)，然后以MIL‑88B(Fe)为自牺牲模板，通过优化温度成功制备出高纯度介孔Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;六方纺锤体气敏材料。该发明的气敏材料一方面拥有较大的比表面积和特殊的六方纺锤体介孔结构，以提供足够多的反应位点；另一方面具有丰富的吸附氧，以提高气敏材料针对特定丙酮气体的灵敏度以及选择性。本发明所采用的制备方法原料价格低廉，来源广泛，且化学制备步骤简单；所获得的介孔Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;六方纺锤体气敏材料用于超低浓度丙酮的气敏检测，可提高气敏材料的灵敏度、选择性和稳定性。

技术研发人员：洪波,唐珊,徐靖才,李静,彭晓领,王新庆
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16