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一种对三甲胺气体高气敏选择性的g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2019-05-30

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2019-08-30

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2021-01-01

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2039-05-30

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201910465282.5	申请日	2019-05-30
公开/公告号	CN110095513B	公开/公告日	2021-01-01
授权日	2021-01-01	预估到期日	2039-05-30
申请年	2019年	公开/公告年	2021年
缴费截止日
分类号	G01N27/12	主分类号	G01N27/12
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	2
权利要求数量	3	非专利引证数量	0
引用专利数量	0	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利		被引证专利
专利权维持	3	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	安徽工业大学	第一申请人	安徽工业大学
专利权人	安徽工业大学	当前专利权人	安徽工业大学
发明人	储向峰、高翠苹、董永平、白林山	第一发明人	储向峰
地址	安徽省马鞍山市湖东路59号	邮编	243032
申请人数量	1	发明人数量	4
申请人所在省	安徽省	申请人所在市	安徽省马鞍山市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

合肥昊晟德专利代理事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

王林

摘要

本发明公开了一种对三甲胺气体高气敏选择性的g‑C3N4‑ZnGa2O4纳米复合材料，属于气敏材料技术领域。该复合材料由平均粒径为15nm的ZnGa2O4纳米颗粒均匀附着在g‑C3N4纳米片上构成。该g‑C3N4‑ZnGa2O4复合材料采用水热法制备。以该材料作为敏感材料制成的旁热式气敏元件，在室温下，元件对100ppm三甲胺灵敏度达7.0‑10.0，对三甲胺检测限低至0.01ppm，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均低于1.2。即本发明得到的纳米复合材料对三甲胺气体有高选择性和低检出限。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2021-01-01	授权
2	2019-08-30	实质审查的生效	IPC(主分类): G01N 27/12 专利申请号: 201910465282.5 申请日: 2019.05.30
3	2019-08-06	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种对三甲胺气体高气敏选择性的g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由平均粒径为15nm的ZnGa2O4纳米颗粒均匀附着在g-C3N4纳米片上构成；
在室温下，利用该复合材料制作的旁热式气敏元件对100ppm三甲胺灵敏度达7.0-
10.0，对三甲胺检测限低至0.01ppm，并且在相同的工作温度下对100ppm乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均低于1.2；
所述复合材料采用水热法制备，具体制备步骤如下：
(1)取10g三聚氰胺放于坩埚中，在马弗炉中以2.5℃/min的速率将温度升至550℃，并保温4小时；热处理后，得到黄色粉体，即为g-C3N4；
(2)称取物质的量比1：2的Zn(NO3)2·6H2O和Ga(NO3)3·xH2O放于烧杯中，并加入20-
30mL去离子水，充分搅拌使其完全溶解；再称取一定量的g-C3N4放于上述溶液中，超声分散
2-3小时，所述g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为0.1～5:1；边搅拌边向上述混合液中缓慢滴加氨水，使pH值为8.00-11.00，将混合溶液搅拌30min后，转移到50mL反应釜中，将其在150-
180℃下反应12-24h，产物使用去离子水和无水乙醇进行洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱在
80℃下烘12h，即得到g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料。

2.如权利要求1所述的g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料，其特征在于，在步骤(2)中：所述g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为2:1。

3.如权利要求1所述的g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料作为三甲胺气体敏感材料制作的气体传感器。

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种对三甲胺气体高气敏选择性和低检出限的g-C3N4-ZnGa2O4复合气敏材料。

背景技术

[0002] 三甲胺(TMA)是鱼贝类在腐烂过程中释放出来的主要气体，根据TMA 的浓度可以判断肉类和海鲜等的新鲜度，目前对于鱼类新鲜度的检测，应用最广泛的方法是对鱼组织中三磷酸腺苷(ATP)相关化合物的化学分析，这种方法不仅耗时，而且过程较复杂。三甲胺有毒，其蒸汽会对人体皮肤，眼睛和呼吸道造成严重不适，15ppm的TMA会引起皮肤剧烈的烧灼感和潮红。如果暴露在10ppm TMA的气氛中，不能持续超过10h，暴露在15ppm TMA最多不能超过15min，否则会有一定的危险，所以开发一种能检测较低浓度三甲胺的气体传感器具有十分重要的意义。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种用于检测空气中三甲胺气体的高气敏选择性、低检出限的气体敏感材料，该材料可以消除乙酸、丙酮、氨气、乙醇、乙醛、甲醛、苯、甲苯等对检测三甲胺气体的干扰，提供一种快速检测空气中三甲胺气体浓度的途径。

[0004] 本发明是通过以下技术方案予以实现的。

[0005] 本发明提供了一种对三甲胺气体高气敏选择性和低检出限的 g-C3N4-ZnGa2O4复合气敏材料，该材料是由平均粒径为15nm的粒子均匀附着在g-C3N4纳米片上构成。

[0006] 本发明中g-C3N4-ZnGa2O4复合材料的制备方法及过程是：

[0007] (1)取10g三聚氰胺放于坩埚中，在马弗炉中以2.5℃/min的速率将温度升至550℃，并保温4小时。热处理后，得到黄色粉体，即为g-C3N4。

[0008] (2)称取一定量的Zn(NO3)2·6H2O和Ga(NO3)3·xH2O(物质的量比1：2) 放于烧杯中，并加入20-30mL去离子水，充分搅拌使其完全溶解。再称取一定量的g-C3N4放于上述溶液中，超声分散2-3小时(g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为0.1～5:1)。边搅拌边向上述混合液中缓慢滴加氨水，使pH值为8.00-11.00，将混合溶液搅拌30min后，转移到50mL反应釜中，将其在150-180℃下反应12-24h，产物使用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱在80℃下烘12h，即得到g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料。

[0009] 作为一种优化，所述g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为2:1。

[0010] 本发明的材料可以作为三甲胺气体敏感元件的敏感材料，利用该材料制作旁热式气敏元件的方法是：将0.1克材料与0.5克松油醇混合研磨制成浆料，用小毛刷将浆料涂到氧化铝陶瓷管的表面；氧化铝陶瓷管的尺寸是：长6毫米，内径1.6毫米，外径2毫米，在氧化铝管两端用金浆电极，电极上焊有金丝作为引线，电极之间距离是1毫米；在氧化铝管内放置镍铬合金丝作为加热丝，通过控制流过加热丝的电流和加热丝两端电压可以控制氧化铝管表面敏感材料的工作温度；将涂有敏感材料浆料的氧化铝管放在红外灯下烘干，即得到旁热式气敏元件。元件对某种气体的灵敏度是在工作温度下，元件在空气中电阻与元件在被测气体中电阻的比值。

[0011] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

[0012] 1、本发明采用水热法制备了g-C3N4-ZnGa2O4复合材料。该材料是由平均粒径为15nm的粒子均匀附着在g-C3N4纳米片上构成，具有较大的比表面积。

[0013] 2、本发明得到的g-C3N4-ZnGa2O4复合材料对三甲胺有高选择性和低检出限。在室温下，利用该材料制作的旁热式气敏元件对100ppm三甲胺灵敏度达 7.0-10.0，对三甲胺检测限低至0.01ppm，并且在相同的工作温度下对100ppm 乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均低于1.2，即 g-C3N4-ZnGa2O4气敏材料对三甲胺气体有高气敏选择性和低检出限。

实施方案

[0016] 以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

[0017] 实施例1

[0018] 取10g三聚氰胺放于坩埚中，在马弗炉中以2.5℃/min的速率将温度升至 550℃，并保温4小时。热处理后，得到黄色粉体，即为g-C3N4；称取一定量的 Zn(NO3)2·6H2O和Ga(NO3)3·xH2O(物质的量比1：2)放于烧杯中，并加入20-30 mL去离子水，充分搅拌使其完全溶解。再称取一定量的g-C3N4放于上述溶液中，超声分散2-3小时(g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为0.1:1)。边搅拌边向上述混合液中缓慢滴加氨水，使pH值为8.00，将混合溶液搅拌30min后，转移到50mL 反应釜中，将其在150℃下反应12h，产物使用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱在80℃下烘12h，即得到g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料；

[0019] 将材料制成旁热式元件，测得元件在室温下对0.01、0.1、1、10、50、100ppm 三甲胺气体的最高灵敏度分别为1.1、1.2、1.3、2.4、6和7.0；对100ppm乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均小于1.2，元件对100ppm 三甲胺灵敏度与对100ppm乙酸的灵敏度之比达到6.8，表明材料对三甲胺气体有高气敏选择性和低检出限。

[0020] 实施例2

[0021] 取10g三聚氰胺放于坩埚中，在马弗炉中以2.5℃/min的速率将温度升至550℃，并保温4小时。热处理后，得到黄色粉体，即为g-C3N4；称取一定量的 Zn(NO3)2·6H2O和Ga(NO3)3·xH2O(物质的量比1：2)放于烧杯中，并加入20-30 mL去离子水，充分搅拌使其完全溶解。再称取一定量的g-C3N4放于上述溶液中，超声分散2-3小时(g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为2:1)。边搅拌边向上述混合液中缓慢滴加氨水，使pH值为9.00，将混合溶液搅拌30min后，转移到50mL 反应釜中，将其在160℃下反应16h，产物使用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱在80℃下烘12h，即得到g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料；

[0022] 将材料制成旁热式元件，测得元件在室温下对0.01、0.1、1、10、50、100ppm 三甲胺气体的最高灵敏度分别为1.2、1.3、2.3、3.4、6.8和8.0；对100ppm乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均小于1.2，元件对100 ppm三甲胺灵敏度与对100ppm乙酸的灵敏度之比达到7.3，表明材料对三甲胺气体有高气敏选择性和低检出限。

[0023] 实施例3

[0024] 取10g三聚氰胺放于坩埚中，在马弗炉中以2.5℃/min的速率将温度升至 550℃，并保温4小时。热处理后，得到黄色粉体，即为g-C3N4；称取一定量的 Zn(NO3)2·6H2O和Ga(NO3)3·xH2O(物质的量比1：2)放于烧杯中，并加入20-30 mL去离子水，充分搅拌使其完全溶解。再称取一定量的g-C3N4放于上述溶液中，超声分散2-3小时(g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为3:1)。边搅拌边向上述混合液中缓慢滴加氨水，使pH值为10.00，将混合溶液搅拌30min后，转移到50 mL反应釜中，将其在170℃下反应20h，产物使用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱在80℃下烘12h，即得到g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料；

[0025] 将材料制成旁热式元件，测得元件在室温下对0.01、0.1、1、10、50、100ppm 三甲胺气体的最高灵敏度分别为1.4、2.3、3.3、4.4、7.8和9.5；对100ppm乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均小于1.2，元件对100 ppm三甲胺灵敏度与对100ppm乙酸的灵敏度之比达到8.6，表明材料对三甲胺气体有高气敏选择性和低检出限。

[0026] 实施例4

[0027] 取10g三聚氰胺放于坩埚中，在马弗炉中以2.5℃/min的速率将温度升至 550℃，并保温4小时。热处理后，得到黄色粉体，即为g-C3N4；称取一定量的 Zn(NO3)2·6H2O和Ga(NO3)3·xH2O(物质的量比1：2)放于烧杯中，并加入20-30 mL去离子水，充分搅拌使其完全溶解。再称取一定量的g-C3N4放于上述溶液中，超声分散2-3小时(g-C3N4与ZnGa2O4物质的量比为5:1)。边搅拌边向上述混合液中缓慢滴加氨水，使pH值为11.00，将混合溶液搅拌30min后，转移到50 mL反应釜中，将其在180℃下反应24h，产物使用去离子水和无水乙醇进行多次洗涤，洗涤后的沉淀物放入烘箱在80℃下烘12h，即得到g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料；

[0028] 将材料制成旁热式元件，测得元件在室温下对0.01、0.1、1、10、50、100ppm 三甲胺气体的最高灵敏度分别为1.3、2.6、4.2、4.7、8.7和10；对100ppm乙醇、丙酮、氨气、乙酸、乙醛、甲醛、苯、甲苯的灵敏度均小于1.2，元件对100 ppm三甲胺灵敏度与对100ppm乙酸的灵敏度之比达到9.1，表明材料对三甲胺气体有高气敏选择性和低检出限。

附图说明

[0014] 图1为本发明实施例2制备的g-C3N4-ZnGa2O4复合材料的SEM照片。

[0015] 图2为本发明实施例2制备的g-C3N4-ZnGa2O4复合材料的TEM照片。

1一种对乙酸气体高气敏选择性的锡酸钡纳米管气敏材料 2一种对乙酸气体高灵敏度高选择性的复合气敏材料 3一种对丙酮气体高气敏选择性的铁酸锌纳米纤维气敏材料 4一种检测氨气的气敏材料的制备方法及应用 5一种用于检测空气中乙酸气体的高选择性复合气敏材料 6一种用于检测低浓度丙酮气体的氧化钨复合气敏材料 7一种对低浓度丙酮高选择性的复合气敏材料 8一种对乙酸气体高气敏选择性的La掺杂NiGa2O4纳米复合材料 9一种对三甲胺气体高气敏选择性的g-C3N4-ZnGa2O4纳米复合材料 10一维纳米复合金属氧化物气敏材料及其制备方法