基于薄膜电极的电化学型甲醛传感器

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甲醛是一种重要的化工原料,广泛应用于多种物质中,但甲醛具有较强的毒性、致敏性以及致癌性,严重影响人类的身体健康。随着社会的进步以及人们生活水平、生活质量的不断提升,人们对周围生活环境质量要求越来越高,甲醛对环境的污染问题越来越被重视,甲醛传感器也得到深入研究。本课题分别选用催化材料镍微粒沉积铜(Ni/Cu)、铂薄膜电极及金薄膜电极作为工作电极制备电化学型甲醛传感器并考察其传感性能,所制备得到的传感器具有线性度好、检测限低、重复性好以及重现性高等优点,因此本论文制备的电化学型甲醛传感器具有较高的实用价值。  本文通过使用对甲醛具有良好催化性能的催化剂制备传感器,具体研究内容如下:  (1)阐述了研究本课题的目的和用途,总结了甲醛的危害、常用甲醛检测方法及电化学传感器法的研究进展。  (2)采用电化学沉积方法制备Ni/Cu电极,分别通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)检测沉积结果以及物相结构等,并采用循环伏安方法研究在此电极上甲醛的电化学行为,并试验最优的实验操作条件,考察其对甲醛的检测。镍微粒修饰的铜基电极(Ni/Cu)测试结果表明,电极在4min的浸泡时间以及100mV/s的电位扫描速率下对甲醛的氧化性能最好,可以得到最大的氧化电流,且在最优实验条件下Ni/Cu电极对甲醛的最低与最大检测浓度分别为0.04065mmol/L和0.5691mmol/L。  (3)采用气压法制备铂薄膜电极,并用其制备电化学型甲醛传感器。通过场发射扫描电镜(FESEM)表征催化剂与电极催化层的表面形态,传感器工作的最优条件分别是外加电压为0.7V、电解液硫酸浓度为0.1mol/L,在最佳优化的条件下测量传感器对甲醛的响应时间分别为60s。甲醛浓度在0.561-18.71μmol/L的范围内时,铂薄膜电极制备的传感器与甲醛浓度的线性方程为Y=0.40845X+2.7464,线性相关系数为0.9904。  (4)采用气压法制备金薄膜电极后将其制备成电化学甲醛传感器。通过扫描电镜(SEM)表征催化剂与电极催化层的表面形态,并通过X射线衍射仪(XRD)检验催化剂的物相组成,当外加工作电压在0.3V、KOH溶液浓度为0.1mol/L时传感器对甲醛的灵敏度达到最大。在0.1mol/L的KOH溶液中,外加电压为0.3V时传感器对甲醛的响应时间为60s。甲醛的浓度在0.498~12.47μmol/L范围时,金薄膜电极制备的传感器与甲醛浓度的线性方程为Y=0.45678X+1.70953,线性相关系数为0.9872。  
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