石墨烯基铂纳米复合材料电流型氢气传感器的工艺设计与性能研究

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3、本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着全球经济和城镇化建设的高速发展，人们对能源的需求量日益增加，致使枯竭的石化资源难以满足人类发展的需要，因此清

4、洁能源的开发和利用成为了当务之急。氢气作为一种理想的清洁能源气体，用途广泛，可用作高能燃料焊接或切割金属；利用其还原性在冶金工业中提炼贵金属；化工生产中氢气可作为重要的化工原料。然而，氢气是一种无色无味气体，人体感觉器官无法发现，且易燃易爆，遇火种时在空气中的爆炸极限范围广、下限低。出于安全考虑，在氢气的应用场所，必须严格监控其泄漏情况。因此，为了确保氢气在这些领域可以安全的使用，制备出灵敏度高、测量准确、响应快、稳定性好的传感器用来探测氢气浓度具有重要的作用。电化学型氢气传感器安全可靠、测量准

5、确、响应快和功耗低等优点被广泛应用到氢气的检测中。本论文通过研究传感器电极制作工艺和组装，得出新型的电流型气体传感器制作流程。此外，采用湿化学方法制备石墨烯-铂(GS-Pt)纳米复合材料开展对电流型氢气传感器的一系列研究工作。主要工作按以下两部分进行：一、采用传统催化剂Pt-Ru纳米材料研究了电流型气体传感器的扩散电极制作工艺、传感器组装与测试。根据文献报道的研究方法作为基础，通过改进实验过程和参数获得多孔扩散电极，这种电极其表面催化剂具有均匀连续分布、机械强度高等特点。按照新组装方法制作出的传

6、感器，利用氧化硅隔膜将三电极分开，提高了传感器的稳定性。获得的传感器具有高灵敏度、高稳定性以及快速响应/恢复等优点。经过测试、优化后，将性能优异的传感器与外电路板组成手持便携式气体检测报警器，这将为以后电化学气体传感器的生产制造提供帮助。二、采用温和的湿化学方法制备石墨烯，通过一步还原法将Pt纳米颗粒修饰到石墨烯表面，制备出GS-Pt复合纳米材料，并构造成新型电流型氢气传感器。该方法制作的传感器电极Pt的载量只有0.8mg/cm2，相对于商业传感器大幅降低了贵金属Pt的使用量，但仍表现出高的气敏

7、性能，灵敏度达到162nA/ppm，检测下限低至1.5ppm，响应时间仅为20s，并且该传感器还表现出良好的线性关系、重复性和选择性。出现上述优异性能的原因可能是石墨烯本身具有气敏性能、导电性和为Pt、氢气的电化学反应提供大的比表面积、丰富的结合位点。此外，借用该方法可以将贵金属或过渡金属催化剂与石墨烯复合，制作成其他气体的电化学传感器。关键词：电化学传感器；氢气；石墨烯；Pt纳米颗粒；电极IAbstractWiththerapiddevelopmentofglobaleconomyandurb

8、anization,theincreasingdemandforenergyandthedepletionoffossilresourcesleadtothedifficultyinmeetingtheneedsofhumandevelopment.Hence,theexploitationandutilizationofcleanenergyhasbecomeatoppriority.Asakindofidealcleanenergy,hydrogenhasbeenwidelyappliedt