蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥蕥藡藡藡藡仪器装置与实验技术DOI:10.3724/SP.J.1096.2012.20899基于负温度系数热敏电阻的催化燃烧型一氧化碳传感器黄彩霞摇高国强*(南京工业大学高技术研究院材料化学工程国家重点实验室,南京210009)摘摇要摇介绍一种能检测0.0232g/m3CO的新型催化燃烧型传感器。这种传感器使用电阻温度系数高的负温度系数热敏电阻(NTCT)代替传统的铂丝线圈。传统的催化燃烧型传感器只能检测百分浓度的可燃气体,而基于NTCT的催化燃烧型CO传感器可以检测到0.0232g/m3CO气体。当桥电压为9V时,传感器输出信号与CO浓度在0.0232~0.58g/m3之间具有良好的线性关系。传感器对0.58g/m3CO的响应和恢复时间分别为50和120s。考察了传感器的选择性和长期稳定性,结果表明:传感器对甲烷等气体具有较好的选择性,老化处理后的传感器,连续观察100d,对CO的响应强度未发生明显下降。关键词摇一氧化碳传感器;催化燃烧型;负温度系数热敏电阻;铂/四氧化三钴摇2012鄄09鄄05收稿;2012鄄11鄄29接受*E鄄mail:frankgao99@yahoo.com1摇引摇言一氧化碳(CO)是一种无色、无味、毒性极强的气体,因此在易于接触CO的环境里检测CO的浓度是非常必要的。检测CO浓度的传感器种类有很多,如半导体型的CO传感器[1~4]、电化学型CO传感器[5,6]、光纤型CO气体传感器[7,8]和催化燃烧型CO传感器[9~13]等。上述传感器中,催化燃烧传感器具有设计简单、成本低等优点,因而被广泛研究。已报道的催化燃烧型CO传感器普遍存在灵敏度低、长期稳定性差,并且只能检测较高浓度的CO,本实验针对上述缺点对传感器进行了改进。近年的研究表明,Co3O4在低温氧化CO的反应中具有良好地催化活性,是最具潜力替代贵金属催化剂的材料之一。Co3O4材料多被用于半导体型CO传感器的制备,如用纳米棒状的Co3O4[3],Co3O4鄄SnO2复合材料[4]等作为传感材料制得CO传感器,均显示较好的特性。而利用Co3O4为催化燃烧型CO传感器的报道则相对较少。Tatsuo等[10]报道了用Co3O4负载Al2O3作为催化剂制备催化燃烧型CO传感器,发现当催化剂中掺入CuO时,可测定CO气体浓度的线性范围为500~50000g/m3;Matsumiya等[11]使用Au/Co3O4作为催化材料,可以检测0.05%~3%的CO气体。将催化剂改用Au/TiO2[12],检测CO气体的浓度范围为0.025%~1%;Co鄄Ce的氧化物作为热电式CO传感器的催化材料[13],可检测0~3%的CO气体。负温度系数的热敏电阻(NTCT)是指热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小,具有较高的电阻温度系数,即温度发生很小的变化会引起热敏电阻阻值发生较大的改变。传统的催化燃烧型传感器的活性元件是用铂丝线圈外面涂覆催化剂制得的,只能检测百分浓度的CO,对g/m3级的CO气体几乎无响应,而本实验用电阻温度系数高的NTCT代替铂丝线圈,并以Pt/Co3O4为催化剂,制备一种新型的催化燃烧型CO传感器,大幅提高了传感器灵敏度,可以检测0.023g/m3CO气体,并且在0.023~0.58g/m3的浓度范围内,传感器的响应信号与CO的浓度具有较好的线性关系。传感器的长期稳定性差一直是一个限制传感器商业化的主要问题,对传感器进行老化处理,由于锚定效应使得催化剂的稳定性大大提高,因此传感器的长期稳定性也得到改善。本实验制备的传感器具有灵敏度高、长期稳定性好及检出限低等优点。实验用NTCT的电阻鄄温度图如图1所示,曲线斜率为NTCT的电阻温度系数。第41卷2013年3月摇摇摇摇摇摇摇摇摇分析化学(FENXIHUAXUE)摇仪器装置与实验技术ChineseJournalofAnalyticalChemistry摇摇摇摇摇摇摇摇摇第3期454~458摇图1摇NTCT的电阻值随温度的变化关系Fig.1摇Temperaturedependenceofresistivityfornegativetemperaturecoefficienthermistor(NTCT)2摇实验部分2.1摇仪器与试剂数显式直流稳压电源(深圳市友福科技有限公司):电源可调范围0~30V;S鄄4800场发射扫描电镜(日本日立公司);U12数据采集卡(美国Labjack公司)负温度系数热敏电阻(深圳盛源芯电子有限公司);7系列燃料电池型CO传感器(无锡高顿传感技术有限公司);R(25益)为2k赘依2%,B25/50为3900K依1%,头部尺寸为1.65mm;Co3O4(Aladdin,99.5%,25nm);纳米Pt(Aladdin,99.9%,200nm);聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE,上海成顺物资有...
