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原文传递一种气体传感器的膜电极其制备方法和应用

专利名称：	一种气体传感器的膜电极其制备方法和应用
摘要：	本发明属于电化学气体传感器领域，涉及到一种气体传感器的膜电极及其制备方法和应用。该气体传感器的膜电极包括Nafion膜和黏附于Nafion膜两侧的电极层，电极层材料为Pt/WO3或Pt/WO3‑Pd；其中，Pt/WO3为经Pt纳米粒子修饰的WO3；Pt/WO3‑Pd经Pt纳米粒子修饰的WO3‑Pd，WO3‑Pd为经Pd纳米粒子修饰的WO3。基于本发明提供的贵金属修饰三氧化钨电极层制备的燃料电池型气体传感器，对氢气具有高选择性和高灵敏度，在室温下对氢气进行检测的稳定性高，具有长期使用的潜力。其对氢气检测区间在300ppb～400ppm，具有检测限低，检测量程宽的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	段国韬;李鑫悦
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-31T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311116378.3
公开号：	CN117110393A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	孙杨柳
分类号：	G01N27/30;G01N27/407;G;G01;G01N;G01N27;G01N27/30;G01N27/407
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种气体传感器的膜电极，其特征在于，所述膜电极包括Nafion膜和黏附于所述Nafion膜两侧的电极层，所述电极层材料为Pt/WO3或Pt/WO3-Pd；其中，所述Pt/WO3为经Pt纳米粒子修饰的WO3；所述Pt/WO3-Pd经Pt纳米粒子修饰的WO3-Pd，所述WO3-Pd为经Pd纳米粒子修饰的WO3。 2.根据权利要求1所述的气体传感器的膜电极，其特征在于，所述Pt/WO3或所述Pt/WO3-Pd中的Pt：WO3的质量比为(0.05～4):1。 3.根据权利要求2所述的气体传感器的膜电极，其特征在于，所述Pt/WO3-Pd中的Pd占所述Pt/WO3-Pd质量的0.05％～3％。 4.根据权利要求1-3任一项所述的气体传感器的膜电极，其特征在于，所述WO3-Pd粉末为将WO3粉末通过钯盐混合，经过煅烧、退火后制备得到。 5.如权利要求1-4任一项所述的气体传感器的膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)将Nafion膜进行质子化；将WO3粉末或WO3-Pd粉末与氯铂酸溶液、柠檬酸钠混合，得到溶液A；其中，所述WO3-Pd为经Pd纳米粒子修饰的WO3；WO3为纳米球； (2)将硼氢化钠加入NaOH溶液中，得到硼氢化钠碱性溶液；在冰水浴条件下，将硼氢化钠碱性溶液加至所述溶液A中后，调节pH至中性，60℃～90℃水浴加热1～2h，得到溶液B； (3)将所述溶液B离心洗涤，干燥后得到目标粉末，所述目标粉末为Pt/WO3粉末或Pt/WO3-Pd粉末； (4)将目标粉末配制成电极浆料烘干后，利用所述电极浆料制备电极层并黏附于Nafion膜两侧，形成膜电极。 6.根据权利要求5所述的气体传感器的膜电极的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述WO3粉末与所述氯铂酸的质量比为(0.1～10):1，所述WO3-Pd粉末与所述氯铂酸的质量比为(0.125～20):1；所述柠檬酸钠质量为所述WO3质量的0.1～3倍。 7.根据权利要求5所述的气体传感器的膜电极的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述WO3-Pd粉末的制备过程包括：取WO3粉末分散于水溶液中后加入氯钯酸，经搅拌、离心、洗涤、干燥后得到混合粉末；将所述混合粉末至于马弗炉中200～700℃退火，得到WO3-Pd粉末；其中所述氯钯酸与所述WO3粉末的质量比为(0.0005～0.13):1。 8.根据权利要求5所述的气体传感器的膜电极的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，将目标粉末配制成电极浆料具体包括：将5wt％Nafion溶液、乙醇和去离子水按体积比为(1～5):(1～3):(2～10)配制成分散剂；将所述目标粉末加入所述分散剂中混合均匀后得到所述电极浆料。 9.根据权利要求5所述的气体传感器的膜电极的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，具体包括：将所述电极浆料滴加至聚合物薄膜表面并涂布均匀，烘干后取出，得到带有电极层的聚合物薄膜；将所述带有电极层的聚合物薄膜在温度为80～100℃、压强为2～10MPa的条件下热压于Nafion膜两侧并维持60～120s后，剥离所述聚合物薄膜，使电极层黏附于Nafion膜两侧，得到所述膜电极。 10.一种燃料电池型气体传感器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的气体传感器的膜电极。
所属类别：	发明专利