基于Pt電極和Nafion電解質(zhì)的CO傳感器研究

劉英偉，金哲范，白 璐，梁喜雙，盧革宇

(吉林大學(xué)a.集成光電子學(xué)國家重點聯(lián)合實驗室吉林大學(xué)實驗區(qū);b.電子科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130012)

基于Pt電極和Nafion電解質(zhì)的CO傳感器研究

劉英偉a，b，金哲范a，b，白 璐a，b，梁喜雙a，b，盧革宇a，b

(吉林大學(xué)a.集成光電子學(xué)國家重點聯(lián)合實驗室吉林大學(xué)實驗區(qū);b.電子科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130012)

為有效地對大氣環(huán)境中的CO氣體進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)計和制作了一種可在室溫下工作的新型結(jié)構(gòu)Nafion基CO氣體傳感器。該傳感器由活性炭過濾帽、Pt敏感電極、Nafion膜、對電極、分隔層和儲水罐等部分組成。儲水罐的設(shè)計提供了Nafion膜正常工作時所需要的濕度環(huán)境。采用化學(xué)沉積法在Nafion膜上制備Pt敏感電極的工藝條件。研究結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)物H2PtCl6溶液濃度為5 mmol/L、還原劑NaBH4溶液濃度為30 mmol/L，NaBH4溶液的pH值為13時，制作的Pt電極具有最好的氣敏特性。對體積分?jǐn)?shù)為400×10-6的CO測試時，響應(yīng)電流為107 nA，響應(yīng)時間為40 s，恢復(fù)時間為50 s。當(dāng)CO體積分?jǐn)?shù)在50～400×10-6時，傳感器的響應(yīng)電流值與CO氣體濃度具有很好的線性關(guān)系。

氣體傳感器;Pt敏感電極;一氧化碳;Nafion膜

0 引 言

一氧化碳(CO)是一種無色、無味、密度略小于空氣的有毒氣體。當(dāng)人體吸入CO后，CO與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合形成碳氧血紅蛋白，降低人體血液輸氧能力。吸入少量CO時，會使人發(fā)生惡心和頭暈等癥狀，如果吸入的CO過量，則可能因缺氧而導(dǎo)致死亡［1］。因此，對于大氣環(huán)境中CO氣體的監(jiān)測與監(jiān)控至關(guān)重要。目前，CO的檢測主要是利用由光學(xué)原理的分析儀器實現(xiàn)，主要包括紅外光譜分析儀及非色散型紅外光譜分析儀兩種。與大型、昂貴的分析儀器相比，氣體傳感器具有小型、廉價、易于在線測量和控制等優(yōu)點。因此，開發(fā)高性能的CO傳感器一直是傳感器領(lǐng)域研究的熱點［2-4］。

目前，技術(shù)比較成熟的CO傳感器主要包括半導(dǎo)體式傳感器、電化學(xué)式傳感器和固體電解質(zhì)式傳感器等。半導(dǎo)體式CO傳感器具有靈敏度高、選擇性好、價格低等優(yōu)點，是研究最多的一類CO傳感器［5，6］。但仍有一些致命的弱點：1)具有較大零點漂移和季節(jié)性敏化或鈍化(穩(wěn)定性差);2)在苛刻環(huán)境下難以使用，如不能用于汽車尾氣或燃燒排氣的監(jiān)控等;3)精度和重復(fù)性較差，難以用在CO的精確測量上［7］。電化學(xué)式CO傳感器是另一種廣泛應(yīng)用的傳感器，其檢測原理是定電位電解。這類傳感器的優(yōu)點是線性好、精度高，但由于貴金屬電極在CO氣氛下易中毒，造成傳感器劣化、穩(wěn)定性差;此外由于液體電解質(zhì)易干涸，致使傳感器壽命縮短;稀硫酸的腐蝕性要求封裝結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，成本較高，硫酸的漏液會造成腐蝕。固體電解質(zhì)式CO傳感器是近年來發(fā)展起來的一種新型傳感器［8-10］。Miura等［11］以穩(wěn)定ZrO2(YSZ)作為固體電解質(zhì)［11-13］，以貴金屬、金屬氧化物為電極開發(fā)了基于混成電位原理的高溫CO傳感器，在結(jié)構(gòu)上采用疊層或雙金屬氧化物電極結(jié)構(gòu)，在高溫下對CO具有較高靈敏度和良好選擇性。由于所使用的敏感材料具有良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，這類傳感器更適合于檢測汽車尾氣或燃燒排氣中的CO。但是，基于混成電位原理的固體電解質(zhì)CO傳感器具有精度差、工作溫度高和制作工藝復(fù)雜的缺點。

近年來，基于聚合物質(zhì)子導(dǎo)電體Nafion的新型電化學(xué)式氣體傳感器備受關(guān)注［14］。Kawatsu等［15］最早開展了這類傳感器的研究。Mukundan等［16］報道了小型質(zhì)子膜(0.25～1.0 cm2)CO傳感器結(jié)構(gòu)，在0.3 V電壓負(fù)荷時，100 ppmCO的電流信號為12 mA(負(fù)方向響應(yīng))，響應(yīng)時間為60 s，但傳感器測量CO后，恢復(fù)特性變差，經(jīng)過0.8 V高電壓處理后，能恢復(fù)到初期特性。

Nafion膜是美國DuPont公司生產(chǎn)的一種全氟磺酸離子交換膜，作為固體高聚物電解質(zhì)(SPE)膜電極的支撐電解質(zhì)，首先被美國NASA用于低溫燃料電池的開發(fā)。Nafion分子結(jié)構(gòu)中的氟化磺酸基團(tuán)容易發(fā)生水解形成酸性很強(qiáng)的磺酸離子交換位，對質(zhì)子傳導(dǎo)率高，選擇滲透性能好，化學(xué)和熱穩(wěn)定性優(yōu)良［17］。利用Nafion膜制作氣體傳感器具有以下幾個特點：在室溫下工作，不僅功耗低，而且本質(zhì)安全;傳感信號(電流)與CO體積分?jǐn)?shù)成比例，使傳感器具有良好的線性和精度。為了保證Nafion的質(zhì)子導(dǎo)電性，使用純水維持高濕度，不存在腐蝕問題，可靠性、穩(wěn)定性和壽命明顯提高。該傳感器的感知原理與質(zhì)子膜燃料電池的原理相近。在Nafion膜兩側(cè)分別形成貴金屬或貴金屬合金的敏感電極和對電極，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境存在CO時，在敏感電極和對電極上分別發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)［18］

電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子可以直接通過Nafion膜傳輸，而產(chǎn)生的電子則通過外電路傳導(dǎo)，形成短路電流。短路電流的大小與CO體積分?jǐn)?shù)成正比，這樣便可以通過測試短路電流的大小達(dá)到測定室內(nèi)環(huán)境CO體積分?jǐn)?shù)的目的。

筆者根據(jù)Nafion基傳感器的工作原理和特點設(shè)計了傳感器結(jié)構(gòu)，制作了傳感器外殼;重點研究了決定傳感器性能的Pt敏感電極的制備工藝，系統(tǒng)研究了傳感器的氣敏特性和制備工藝直接的關(guān)系，對最佳工藝條件下制作的傳感器的氣敏特性進(jìn)行了測試。

1 實 驗

1.1 傳感器的設(shè)計

設(shè)計傳感器的結(jié)構(gòu)時需要注意以下3點。1)Nafion質(zhì)子膜的離子導(dǎo)電性依賴于膜中的水，當(dāng)質(zhì)子膜的含水量減少或水枯竭時，離子電導(dǎo)率就會降低或消失。因此，基于Nafion的電化學(xué)CO傳感器的水管理非常重要。2)帶有Pt電極的Nafion膜暴露在含有CO混合氣體中時，如何提高傳感器的選擇性至關(guān)重要。因此，必須除去混合氣氛中的醇類等雜質(zhì)氣體。3)傳感器的對電極必須和測試氣體分離，因此傳感器組裝時參考電極的密封是必須解決的問題。

筆者采用如圖1所示的傳感器結(jié)構(gòu)。該傳感器主要由以下部分組成：活性炭過濾帽、Pt敏感電極、Nafion膜、對電極、分隔層和儲水罐。活性炭過濾帽是由金屬材料制成的帽狀結(jié)構(gòu)部件(高為3.0 mm，外徑為10.0 mm)，其內(nèi)部裝有活性炭，用于濾除CO中混有的雜質(zhì)氣體，例如醇類物質(zhì)等。擴(kuò)散孔均勻分布在活性炭過濾帽上，是CO進(jìn)入的孔道。敏感電極的性能決定了傳感器的性能，所以敏感電極的制備是傳感器制作過程的核心。分隔層是用金屬材料制成的圓片狀部件，既可以將儲水罐與傳感器其他部分分隔開，又能起到支撐作用，同時起到密封參考電極的作用。儲水罐(高為50 mm，外徑是12.0 mm)是由金屬材料制成的桶狀結(jié)構(gòu)部件。當(dāng)其中含有一定量的水時，由于水蒸氣的存在，通過分隔層的給水孔為Nafion提供水分，使Nafion膜的濕度可以維持在穩(wěn)定的水平，確保其能正常工作。該傳感器的制作過程為：首先向儲水罐中加入其容積80% ～90%的去離子水;然后依次將分割層、帶有Pt敏感電極和對電極的Nafion膜、活性炭過濾帽按由下到上的順序置于儲水罐中并使之緊密接觸;最后用絕緣密封材料將活性炭過濾帽固定在儲水罐上，使活性炭過濾帽和儲水罐間密封且相互絕緣，從而制作出Pt為敏感電極的Nafion基CO傳感器。

圖1 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The diagram of sensor structure

1.2 Pt敏感電極的制備

1.2.1 實驗藥品與實驗儀器

該實驗所用化學(xué)試劑為Nafion 115(美國杜邦公司)、H2O2溶液(北京化工廠)、H2SO4溶液(北京化工廠)、NaBH4(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、H2PtCl6(上海試劑一廠);表征和測試儀器為掃描電子顯微鏡(SEM，JEOL JSM-7500F)、電化學(xué)分析儀(CHI611C)。

1.2.2 Nafion 膜的預(yù)處理

將Nafion膜分割成4×6 cm2的矩形塊;然后將Nafion膜置于5%的H2O2溶液中，80℃下水浴加熱1 h，除去Nafion膜表面的雜質(zhì);用去離子水沖洗上述處理過的Nafion膜后，將其置于0.5 mol/L的H2SO4溶液中，80℃下水浴加熱1 h，使Nafion膜重新質(zhì)子化;最后將Nafion膜置于去離子水中，80℃下水浴加熱30 min，反復(fù)3次，將預(yù)處理后的Nafion膜浸泡在去離子水中待用。

1.2.3 化學(xué)沉積法制備敏感電極

采用化學(xué)沉積法制備Pt/Nafion敏感電極［19］，該反應(yīng)所用容器為分隔池，由兩個相同的反應(yīng)槽組成(見圖2)。制備Pt敏感電極的過程為：將預(yù)處理過的Nafion膜固定于分隔池兩反應(yīng)槽之間;然后在兩反應(yīng)槽分別加入一定濃度的NaBH4與H2PtCl6溶液，室溫下反應(yīng)10 h;反應(yīng)后將制備好敏感電極的Nafion膜用去離子水沖洗干凈，并浸泡在去離子水中待用。NaBH4與H2PtCl6反應(yīng)的離子方程式為

圖2 實驗儀器示意圖Fig.2 The diagram of experimental apparatus

還原劑NaBH4是一種極不穩(wěn)定的化合物。常溫下，當(dāng)NaBH4水溶液的pH＜9時，會劇烈進(jìn)行水解反應(yīng)。所以需要調(diào)節(jié)NaBH4溶液的pH值，以達(dá)到抑制NaBH4水解的目的。實驗表明，當(dāng)pH＞13時，溶液中不會明顯地產(chǎn)生氣泡，說明可以有效地抑制NaBH4的水解。因此，還原劑NaBH4的pH值的調(diào)節(jié)是需要研究的第1個工藝條件;另外，NaBH4與H2PtCl6的濃度也是制備出高性能敏感電極的關(guān)鍵參數(shù)。所以，筆者著重對制備敏感電極過程中的反應(yīng)條件進(jìn)行研究，主要包括：還原劑NaBH4溶液的濃度、最佳pH值以及氧化劑H2PtCl6溶液的濃度，以確定了敏感電極制備的最佳反應(yīng)條件。利用單一變量法，逐一確定反應(yīng)各個因素的最佳條件(見表1)，列舉了制備Pt敏感電極的7種工藝條件，其中a，b和c用來固定NaBH4溶液pH值與H2PtCl6濃度，以確定最佳NaBH4濃度;d，b和e用來固定 NaBH4濃度與H2PtCl6濃度，以確定最佳NaBH4溶液pH值;f，b和g用來固定NaBH4溶液濃度和pH值，以確定最佳H2PtCl6濃度。

表1 不同工藝條件敏感電極的制備Tab.1 The preparation of sensitive electrode under different conditions

1.3 傳感器氣敏特性測試裝置

利用靜態(tài)配氣法中的常壓配氣法，氣瓶通過多次抽出氣體再沖入氣體的方式清洗干凈后，將CO標(biāo)準(zhǔn)氣體注入到氣瓶中，再利用模擬空氣［O2(21%)和N2(79%)］稀釋，配制成一定體積分?jǐn)?shù)的樣品氣體。

將傳感器放入含有待測氣體的氣瓶中，通過外電路將傳感器、電化學(xué)分析儀、電腦相互連接用于測試、讀取、顯示和保存數(shù)據(jù)(見圖3)。

圖3 傳感器測試裝置示意圖Fig.3 The diagram of testing equipment for sensor

2 結(jié)果與討論

2.1 Pt敏感電極SEM表征

在Nafion基CO傳感器的開發(fā)過程中，敏感電極的制備是最重要的環(huán)節(jié)。這是因為傳感器的靈敏度、選擇性和長期穩(wěn)定性均依賴于貴金屬催化劑的種類、組成、微觀形貌和顆粒尺寸等因素。筆者利用化學(xué)沉淀法制備的Pt敏感電極的微觀形貌和顆粒尺寸決定了傳感器的氣敏性能，因此，對不同工藝條件下制備的Pt電極作了SEM表征，研究Pt電極制備工藝和微觀形貌之間的關(guān)系。圖4為不同工藝條件下制備的Pt敏感電極的SEM照片。由圖4可以看出，改變工藝條件對敏感電極微觀形貌有很大影響，主要體現(xiàn)在Pt顆粒的大小和排列情況的改變［20］。筆者主要分以下3方面進(jìn)行討論。

2.1.1 NaBH4濃度對敏感電極形貌的影響

圖4a～圖4c是在NaBH4溶液pH值為13，H2PtCl6濃度為5mmol/L，NaBH4濃度分別為20mmol/L，30 mmol/L，40 mmol/L工藝條件制作的Pt電極的SEM照片。在圖4a中，由于NaBH4的濃度較小，導(dǎo)致反應(yīng)速率較慢，所以生成的Pt顆粒直徑很小(約為0.5μm)，而且排列特別致密并帶有分層現(xiàn)象。這樣會使CO通過敏感電極向三相界面擴(kuò)散過程中有大量的CO被氧化，使CO到達(dá)三相界面的濃度降低，從而降低傳感器靈敏度。圖4b中，Nafion膜表面沉積的Pt形成了顆粒直徑大小約為0.1μm和1.5μm的兩種。圖中小顆粒的存在填補(bǔ)了大顆粒之間留下的空隙，這使CO、Pt顆粒與Nafion膜的三相反應(yīng)面積增大。另外，大顆粒主要分布在表層，會形成大的空隙，利于CO向三相界面擴(kuò)散，使CO在Nafion膜的表面上更容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。圖4c中，由于NaBH4的濃度較大，導(dǎo)致反應(yīng)過于劇烈，使生成的Pt顆粒直徑較大(約為1.2μm)，排列疏松多空隙。所以大大降低了三相反應(yīng)面積，不利于傳感器靈敏度的增加。

2.1.2 NaBH4溶液pH值對敏感電極形貌的影響

圖4b、圖4d、圖4e是在NaBH4濃度為30 m，H2PtCl6濃度為5 mmol/L，NaBH4溶液pH值分別為13，13.5，14工藝條件制作的Pt電極的SEM照片。圖4d中，較大的pH值已經(jīng)開始影響反應(yīng)速率，導(dǎo)致Nafion膜上沉積的Pt顆粒出現(xiàn)了聚集現(xiàn)象，形成了不規(guī)則的片狀區(qū)域，覆蓋在Nafion膜表面。由于CO很難擴(kuò)散到三項界面，所以這樣的形貌會影響電極的催化效率。圖4e中，過大的pH值嚴(yán)重影響了反應(yīng)速率，使Nafion膜上沉積的Pt顆粒直徑較小(約為0.5μm)，且排列疏松不緊密。這樣，Nafion膜大部分面積便裸露在外，減小了三相反應(yīng)面積，減少了電化學(xué)反應(yīng)的活性位點，降低了傳感器的靈敏度。

2.1.3 H2PtCl6濃度對敏感電極形貌的影響

圖4 f、圖4b、圖 4g是在 NaBH4濃度為 30 m，NaBH4溶液 pH值為 13，H2PtCl6濃度分別為2.5 mmol/L，5 mmol/L，7.5 mmol/L工藝條件制作的Pt電極的SEM照片。圖4 f中，沉積的 Pt形成了直徑為0.1μm左右的球狀顆粒，排列密集并且出現(xiàn)了聚集的現(xiàn)象，覆蓋了絕大部分的Nafion膜表面。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于H2PtCl6溶液濃度較低，Pt電極層生長緩慢但致密。這樣的微觀形貌不利于CO的催化反應(yīng)。圖4g中，Nafion膜表面形成一層密集的Pt電極層。這是由于H2PtCl6溶液濃度過高，化學(xué)反應(yīng)劇烈，Pt生成速率很快。由于Nafion膜表面被覆蓋，不利于CO的擴(kuò)散，傳感器的靈敏度必然會降低。

圖4 不同工藝條件下制作的Pt敏感電極的SEM照片F(xiàn)ig.4 The SEM images of sensitive electrode under different conditions

綜上所述，反應(yīng)物濃度過小或pH值過大，則反應(yīng)速率較慢，生成的Pt顆粒直徑較小，敏感電極層致密且分層;反應(yīng)物濃度過大，則反應(yīng)速率較快，生成的Pt顆粒直徑較大，敏感電極層疏松不緊密。這兩種情況都會降低三相反應(yīng)面積，減少了電化學(xué)反應(yīng)的活性位點，降低了傳感器的靈敏度。

2.2 制備Pt敏感電極的工藝條件對氣敏特性的影響

由SEM照片分析可知，不同的工藝條件對敏感電極的表面形貌特征有著很大影響。為了確定制備敏感電極的最佳工藝條件，還需要對不同條件下所制備的敏感電極對CO進(jìn)行氣敏特性測試。圖5中分別對NaBH4溶液濃度、NaBH4溶液pH值和H2PtCl6溶液濃度對敏感電極氣敏特性的影響進(jìn)行了討論。

圖5 不同工藝條件對傳感器氣敏特性的影響Fig.5 The influence of different conditions on the sensing properties of sensors

圖5a中，三組實驗a、b、c中NaBH4溶液pH值都為13，H2PtCl6濃度都為5 mmol/L，而NaBH4溶液濃度分別為20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L。從圖5中可以看到，實驗b中的傳感器在同一條件下(CO體積分?jǐn)?shù)為400×10-6)有最大的響應(yīng)電流，約為107 nA。很明顯，NaBH4溶液的最佳反應(yīng)濃度為30 mmol/L。圖5b中，三組實驗b、d、e中NaBH4濃度都為30 mmol/L，H2PtCl6濃度都為5 mmol/L，而NaBH4溶液pH值分別為13、13.5、14。實驗d、e中傳感器對CO幾乎沒有響應(yīng)。而實驗b中器件對CO有約為107 nA的響應(yīng)電流值，所以該反應(yīng)的最佳NaBH4溶液pH值為13。圖5c中，3組實驗f、b、g中NaBH4濃度都為30mmol/L，NaBH4溶液pH 值都為13，而H2PtCl6濃度分別為2.5mmol/L、5 mmol/L、7.5 mmol/L。實驗f，基本無響應(yīng)電流。實驗b和實驗g響應(yīng)電流大小相當(dāng)，分別為107 nA和120 nA。但由于前者使用的H2PtCl6的量較少，僅為后者的2/3，所以可以有效地節(jié)約成本，可認(rèn)為H2PtCl6溶液的最佳濃度為5 mmol/L。

綜上，通過SEM表征與氣敏特性測試，可以確立利用化學(xué)沉積法制備Nafion基Pt敏感電極的最佳工藝條件是：H2PtCl6溶液濃度為5 mmol/L、NaBH4溶液濃度為30 mmol/L，NaBH4溶液的pH值為13。

1.3 氣敏特性測試

響應(yīng)時間與恢復(fù)時間是氣體傳感器氣敏特性重要特性參數(shù)。響應(yīng)時間代表氣體傳感器對被測氣體的響應(yīng)速度。原則上把從器件接觸一定濃度的被測氣體開始到其阻值達(dá)到該濃度下穩(wěn)定阻值90%時所需的時間，定義為響應(yīng)時間?；謴?fù)時間表示氣體傳感器對被測氣體的脫附速度。原則上把氣體傳感器從脫離檢測氣體開始，到其阻值恢復(fù)到正常空氣中阻值10%所需的時間，定義為恢復(fù)時間。氣體傳感器的響應(yīng)恢復(fù)時間越快，表明傳感器的氣敏特性越好，越有利于氣體的監(jiān)測和報警。

如圖6所示，為利用最佳工藝條件制備出的敏感電極所組裝的傳感器對不同體積分?jǐn)?shù)CO的響應(yīng)恢復(fù)曲線。當(dāng)CO體積分?jǐn)?shù)分別為50×10-6、100×10-6、200×10-6、400×10-6時，響應(yīng)電流的絕對值也相應(yīng)增大，它們分別為12 A、25 nA、52 A和107 nA。而響應(yīng)時間則隨著CO體積分?jǐn)?shù)的增大而變大，分別為19 s、22 s、32 s和39 s。恢復(fù)時間也隨CO體積分?jǐn)?shù)的增大而變大，分別為20 s、26 s、42 s和49 s。因此，在較低濃度CO的環(huán)境中，Nafion基CO傳感器有著更短的響應(yīng)恢復(fù)時間，更加利于及時監(jiān)測與反饋CO氣體的存在。

待測氣體濃度與傳感器的響應(yīng)電流值的線性關(guān)系越好，越有利于準(zhǔn)確標(biāo)定待測氣體的濃度。圖7是在不同體積分?jǐn)?shù)CO環(huán)境下對傳感器測試所得到的穩(wěn)定電流值與CO體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。從圖7中可以看出，CO體積分?jǐn)?shù)在50～400×10-6范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)電流值與CO濃度有著很好的線性關(guān)系，因此以Pt為敏感電極的Nafion基CO氣體傳感器可以準(zhǔn)確檢測與標(biāo)定CO氣體。

圖6 傳感器對不同濃度CO的響應(yīng)恢復(fù)曲線Fig.6 Response and recovery transients of the sensor to different concentration of CO

圖7 傳感器響應(yīng)電流與CO體積分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.7 The relationship between the response current and the concentration of CO

3 結(jié)語

筆者設(shè)計和制作了一種在室溫下工作的新結(jié)構(gòu)CO氣體傳感器。傳感器由活性炭過濾帽、敏感電極、Nafion膜、對電極和儲水罐等部分組成。反應(yīng)物H2PtCl6溶液濃度為5 mmol/L、還原劑NaBH4溶液濃度為30 mmol/L，NaBH4溶液的pH值為13時，制作的Pt電極具有最好的氣敏特性，對體積分?jǐn)?shù)為400×10-6的CO進(jìn)行氣敏特性測試，響應(yīng)電流為107 nA，響應(yīng)時間為40 s，恢復(fù)時間為50 s。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高好和線性好等優(yōu)點。

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CO Gas Sensor Based on Nafion and Pt Sensing Electrode

LIU Yingweia，b，JIN Zhefana，b，BAILua，b，LIANG Xishuanga，b，LU Geyua，b

(a.State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics;b.College of Electronic Science and Engineering，Jilin University，Changchun 130012，China)

In order tomonitor the CO gas in the environment effectively，a new CO sensor which could work at room temperature was designed and fabricated.The sensor is composed of active carbon filtrated cap，Pt sensing electrode，Nafionmembrane，counter electrode，the isolation and reservoir.The design of the reservoir provides the humidity environment that Nafionmembrane needed for the normalwork.The sensing properties of the sensor aremainly determined by the Pt sensing electrode.The preparing conditions of chemical deposition weremainly investigated.When the concentration of H2PtCl6and NaBH4are 5 mmol/L and 30 mmol/L，respectively，and the pH value of NaBH4solution is 13，the sensor gave the best sensing performance.The response current is 107 nA，and the response and recovery time are 40 s and 50 s，respectively，when the concentration of CO is 400×10-6.When the CO volume fraction ranges from 50～400×10-6，the response current value of the sensor has a good linear relationship with the concentration of CO gas.

gas sensor;sensitive electrode;CO;Nafion membrane

TP212.2

A

1671-5896(2014)03-0267-08

2014-01-20

國家自然科學(xué)基金資助項目(61374218);吉林省科技發(fā)展計劃項目青年科研基金資助項目(20107522159JH)

劉英偉(1986— )，男，吉林省吉林市人，吉林大學(xué)碩士研究生，主要從事電化學(xué)傳感器研究，(Tel)86-13604427939(E-mail)yuwenliuyingwei@126.com;通訊作者：盧革宇(1963— )，男，黑龍江海倫人，吉林大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要從事先進(jìn)傳感研究，(Tel)86-13504433162(E-mail)lugy@jlu.edu.cn。

劉東亮)