基于纳米复合氧化物催化发光的乙醇传感器

基于纳米材料上乙醇的催化发光现象,建立了直接测定空气中乙醇浓度的方法.实验发现,乙醇在纳米级钛锆镧(原子比为5∶2∶1)复合氧化物表面有较高的发光强度和较好的选择性,以此为敏感材料可以建立一种高效稳定的乙醇气体传感器,其最佳操作条件为:分析波长620nm,测定温度310℃,载气流速130mL/min.方法的检测限为(3σ)1.3mg/m3,线性范围为2～230mg/m3,相关系数为0.9990,回收率为97.4%～102.7%.对常见共存物的研究发现,甲醛、丙酮、苯、氨、二氧化硫和二氧化碳都不干扰测定,该传感器的连续工作时间可达120h以上.     

Sn掺杂MoO_3的制备、表征及气敏性能

以仲钼酸铵和四氯化锡为原料,采用水热法制备了不同Sn掺杂比例的MoO_3;利用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和Brunauer-Emmett Teller(BET)测试等手段对材料进行了物相、形貌结构和孔径表征;测试了其对乙醇、二氯甲烷、甲醇、甲醛、甲酸、四氯化碳、氨气和丙酮等气体的传感性能.结果表明,Sn掺杂未改变MoO_3的结构;290℃为气体传感测试的最佳测试温度;掺杂后的MoO_3对乙醇气体的灵敏度和响应时间均优于纯相MoO_3,Sn掺杂摩尔比为5%时效果最好,500 mg/m~3测试条件下对乙醇的灵敏度为19.64,响应时间为1.1 s.     

纳米颗粒的超临界干燥法制备及用于醋酸乙烯蒸气的催化发光检测

利用乙醇超临界流体干燥技术 (SCFD)(280 ℃× 7.0 MPa×30 min)制备了纳米MgO及Y2O3颗粒,发现其对一些有害气体的催化发光强度远高于普通干燥技术制备的纳米MgO及Y2O3.设计了一种以SCFD技术合成的纳米MgO为敏感材料,催化发光检测醋酸乙烯蒸气的传感器.此传感器具有很高的灵敏度及优异的选择性,在温度279 ℃、波长425 nm、空气流速为160 mL/min的最佳条件下,催化发光强度与醋酸乙烯蒸气浓度在1.8～1800 mg/m3内呈良好的线性关系,检出限为0.7 mg/m3.当浓度相同的丙酮、乙醛、乙酸乙酯、乙酸、甲醛、氨水、乙醇、苯和甲醇蒸气通过此传感器时,除乙醇引起3.56%的干扰外,其它气体基本不干扰醋酸乙烯的测定.应用本方法可快速测定车间空气中的醋酸乙烯.     

纳米In_2O_3催化发光传感器快速检测三氯乙烯

本文以纳米In_2O_3为传感元件,设计构建了快速检测三氯乙烯的催化发光传感器。该传感器对三氯乙烯具有灵敏度高、特异性好及响应快速等优点。在检测波长为440nm,工作温度为250℃条件下,催化发光信号强度与三氯乙烯浓度呈良好的线性关系,其线性范围为20~1 200mg/m~3(r=0.9984),检出限(S/N=3)为8.0mg/m~3。苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氨水、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、四氯化碳、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、正己烷及环己烷经过此传感器时,只有乙醇产生弱的发光信号,其它物质不产生响应信号。在72h内24次测定100mg/m~3的三氯乙烯,所得相对标准偏差小于5.0%,表明传感器稳定性好,使用寿命长。将此传感器用于三氯乙烯的分析,加标回收率为93.2%~103%。     

基于纳米Co3O4低温催化发光的乙醚传感器

基于纳米Co3O4材料上乙醚的催化发光(CTL)现象,建立了直接测定空气中乙醚浓度的方法.研究发现,在较低温度下,乙醚在球链状的纳米Co3O4表面具有很高的发光强度和较好的选择性,以此为敏感材料就可以建立一种高效稳定的乙醚气体传感器.其最佳操作条件为:测定温度176℃,分析波长440 nm,载气流速180 mL/min.乙醚气体在4.0～1500 ppm(φ)的浓度范围内呈良好的线性关系(R=0.9993),响应时间为2 s,检出限为φ=1.67 ppm(3σ),回收率为97.3%～103.0%.考察了11种相同浓度的常见挥发性有机物的干扰情况,发现除丙酮、乙醇、四氯化碳和乙酸乙酯有轻微干扰(小于0.8%),其余7种物质均未产生明显的CTL信号.连续140 h通过150 ppm(φ)的乙醚气体,发光强度无明显降低,表明该传感器是一种长寿命的、性能稳定的传感器.     

一种基于碳酸锶纳米材料的催化发光乙醛气体传感器研究

研制了一种使用碳酸锶纳米材料作为敏感材料,用来检测空气中痕量乙醛气体的催化发光传感器。该传感器在342℃对乙醛有高灵敏度和选择性,在波长425nm处进行定量分析,催化发光强度与乙醛浓度的线性范围为6～6000mL／m^3(r=0．9995,n=8);检出限为2mL／m^3(信噪比=3)。外来物质如环己烷、四氯化碳、氨、苯、氯仿、甲苯、甲醇、乙醇及甲醛气体通过传感器时,除了乙醇和甲醛分别引起42．5％和12．5％的干扰外,其它气体不干扰测定。20000mL／m^3的水蒸气不干扰200mL／m^3乙醛气体的测定。连续1130h通过乙醛气体测试了传感器的稳定性。对含有乙醛、甲醛和苯的人工合成样品进行了分析。     

基于四氧化三钴材料催化发光的丙醛气体传感器研究

研究发现, 在一定条件下丙醛气体在四氧化三钴材料表面上具有催化发光特性,基于此建立了一种检测空气中痕量丙醛气体的催化发光传感器.在对合成的3种形貌四氧化三钴的催化发光性质进行比较的基础之上,对分析方法条件进行了优化,其结果表明:在以微球状四氧化三钴作为传感材料,检测波长490 nm, 反应温度232 ℃,载气流速400 mL/min的最优条件下,可测定的丙醛气体浓度的线性范围为0.3～171 mg/L(r=0.9977, n=13),检出限为0.1 mg/L(S/N=3),测定4.8 mg/L丙醛的相对标准偏差为1.8%(n=5).此外,考察了相同浓度的常见挥发性有机物的干扰情况,其结果表明该传感器具有很好的选择性.连续80 h通过4.8 mg/L丙醛,发光强度无明显降低,相对标准偏差小于5%,表明此传感器使用寿命长.并将该传感器成功用于人工合成样品的分析,回收率在91%～103%之间,测定浓度值与实际组成基本相符.     

磷酸三丁酯与醇二元混合体系的热力学性质

用量热法测定了298.15 K时, 磷酸三丁酯(TBP)+甲醇/乙醇/正丁醇/正丙醇四个二元混合体系的超额混合焓及293.15 K和303.15 K时部分组成下的超额混合焓, 其值均在−0.3 − 0.3 kJ•mol−1之间, 且基本不受温度的影响. 用无热溶液模型计算了各体系的超额熵、超额Gibbs自由能及各组分的活度系数. 热力学分析表明, TBP+甲醇/乙醇/正丙醇二元体系能较好地符合无热溶液模型, 而TBP+正丁醇体系则不符合无热溶液模型.     

基于氢键作用的杯芳烃超分子识别乙醇的传感机理及分析应用

采用4种杯芳烃衍生物为吸附涂膜材料, 考察了涂膜石英晶体微天平(QCM)传感器对环境大气中微量乙醇气体的识别性能, 发现C-乙基杯[4]连苯三酚芳烃(3)是识别乙醇气体最有效的活性涂膜材料. 制备了C-乙基杯[4]连苯三酚芳烃·2CH₃CH₂OH(5)单晶体并进行X射线衍射结构解析, 发现其识别机制是基于超分子主体3与客体乙醇分子之间形成的C-H…π, O-H…π及O-H…O氢键作用. 当涂膜质量为24.70 μg 时, 涂膜QCM传感器对乙醇的响应最灵敏, 达到10.53 Hz/(mg·L^-1). 分析了乙醇气体的吸附和解吸附动力学过程, 得到传感器对乙醇气体吸附和解吸附的初速度分别为-0.04600 Hz/s和0.03896 Hz/s. 该方法响应快, 具有选择性、 可逆性、 重现性和稳定性好的优点, 对乙醇样品测定的回收率为94.8% ~105.2%, 与气相色谱法的测定结果一致, 表明该方法可用于生活环境中乙醇气体的检测.     

基于氧化锌/聚苯胺复合材料的薄膜型甲醇传感器研究

采用低温水热法制备了纳米氧化锌(ZnO),并利用原位聚合法制备了ZnO/聚苯铵复合材料。将制备的ZnO/PANI纳米晶粒均匀涂覆于刻有叉指Pt电极玻璃基底表面形成敏感薄膜,设计了一种薄膜型甲醇传感器。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X-射线光电子能谱(XPS)仪表征了ZnO/PANI纳米晶粒的相组成和微观形貌,分析了敏感薄膜成分配比对甲醇气敏机理和电化学特性,测试了甲醇传感器敏感特性、温度特性、湿度特性、动态响应和选择稳定性。结果表明,以PZ50纳米晶粒为敏感薄膜的甲醇传感器,在温度为30℃、甲醇气体浓度为25 mg/m~3时,传感器响应最大值为1795.6,相对湿度限值为90%,动态响应和恢复时间分别为6.9和19.6 s。此传感器对N_2O、甲醛、乙醇、丙酮和1,3-丁二烯等气体无明显响应,在汽车上连续使用12周后,响应衰减了2.3%。     

基于CoFe2O4表面催化发光的硫化铵气体传感器研究

基于铁酸钴(CoFe₂O₄)纳米材料催化硫化铵的氧化反应产生化学发光的现象, 建立了一种检测空气中痕量硫化铵的催化发光气体传感器. 在对合成的3种材料的催化发光性质进行比较的基础上, 对分析方法条件进行了优化, 其结果表明: 在检测波长400 nm、反应温度306 ℃、载气流速400 mL/min的最优条件下, 可测定的硫化铵浓度的线性范围为0.13～13 mg/L (r＝0.9951, n＝9), 检出限为0.04 mg/L (3σ), 对1.3 mg/L的硫化铵连续平行测定8次, 其相对标准偏差为1.8%. 此外, 考察了相同浓度的常见挥发性有机物的干扰情况, 其结果表明该传感器具有很好的选择性. 连续60 h通过1.3 mg/L的硫化铵, 发光强度无明显降低, 相对标准偏差小于5%, 表明此传感器使用寿命长. 并将该传感器成功用于人工合成样品的分析, 回收率为94.7%～103.9%.     

一种高选择性的检测丙酮蒸气催化发光传感器

设计了一种基于纳米材料SrCO3中掺杂Dy2O3的催化发光(CTL)丙酮蒸气传感器。通过掺杂Dy2O3使体系选择性显著提高。当Dy2O3的掺杂量为33%时,催化发光强度是不掺杂的3倍。当各测试气体浓度均为2000mL/m3时,三氯甲烷、二氯乙烷、甲醛和苯气体不干扰丙酮的测定。乙醇和正丁烷只引起15%和2.1%的干扰。在温度383℃、波长425nm、空气流速为360mL/min的最佳条件下,催化发光强度与丙酮蒸气浓度在1.0～5000mL/m3内呈良好的线性关系,检出限为0.30mL/m3。本传感器响应和恢复时间快速。     

合成介质对稀土铽-邻苯二甲酸有机配合物荧光强度的影响

在不同介质(依次为甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇)中合成了邻苯二甲酸Tb3+稀土二元配合物. 利用元素分析和红外光谱分析等对配合物的组成和结构进行了表征. 荧光光谱结果表明, 直链醇作为合成介质时配合物的荧光强度大小顺序依次为: 甲醇>乙醇>正丙醇>正丁醇. 同时该配合物在2~300 K范围内测定的变温磁化率说明该配合物具有反铁磁性.     

基于氧化钛-氧化钇粉体催化发光甲醛气体传感器的研究

研究了甲醛在TiO2-Y2O3(质量比为3∶1)粉体表面催化发光行为,发现基于这种催化剂的气体传感器对甲醛的检测具有高灵敏度和较强的选择性。在波长490 nm处进行定量分析,催化发光强度与甲醛浓度在一定范围内呈良好的线性关系,其线性范围为0.08~40 mL/m3(r=0.9991,n=6);检出限为0.03 mL/m3(S/N=3)。外来物质如环己烷、正己烷、三氯甲烷、苯、乙醇、甲醇、乙醛、氨、水蒸气等与甲醛共存时,除了乙醇和氨分别引起干扰外,水蒸气与其它气体不干扰测定。该传感器工作时间可达80 h以上,是一种长寿命的、性能稳定的气体传感器,并成功地实现了对甲醛的实时在线检测。     

不同碳源催化化学气相沉积制备自支撑C/Ni-Fiber复合电极材料的电容脱盐性能

以甲烷、乙烯、乙醇和正丁醇为碳源,通过催化化学气相沉积在具有三维开放网络结构的烧结8μm-Ni金属纤维上沉积碳的方法,制备了以金属Ni纤维网络为集流极、沉积碳为离子存储库的薄层大面积自支撑C/Ni-fiber复合电极材料.用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、N₂-吸脱附等温线和循环伏安与电化学阻抗谱对电极材料进行了表征,并考察了其作为电极的电容脱盐性能.乙烯、甲烷、正丁醇和乙醇为碳源的沉积碳形态分别为鱼骨状碳纳米管（CNTs）、石墨烯面取向与轴平行的CNTs、棒状和蠕虫状碳纳米纤维（CNFs）.C/Ni-fiber复合电极材料对NaCl的电吸附容量顺序为:乙烯>正丁醇>甲烷>乙醇,这与复合电极的电化学特性、孔结构和碳的纳米结构相关.在1.2 V的工作电压下,以乙烯为碳源制备的C/Ni-fiber复合电极材料对水溶液中NaCl(100 mg·L^-1)的电吸附容量达159μmol·g^-1.     

基于TiO2-Y2O3粉体催化发光甲醇气体传感器的研究

发现当甲醇气体通过TiO₂-Y₂O₃ (质量比为3∶1)粉体表面时, 可被空气中的O₂催化氧化产生强烈的化学发光, 基于此研制了一种新型的甲醇气体传感器. 此传感器对甲醇的检测具有较高灵敏度和较强的选择性. 在波长490 nm处进行定量分析, 催化发光强度与甲醇浓度在一定范围内呈良好的线性关系, 其线性范围为25.74～12870 mg/m³ (r＝0.9995, n＝8); 检出限为8.58 mg/m³(信噪比＝3). 外来物质如正己烷、三氯甲烷、苯、无水乙醇、甲醛、丙酮、氨、甲苯与甲醇共存时, 除了丙酮、乙醇和氨分别引起干扰外, 苯与其它气体不干扰测定. 该传感器工作时间可持续80 h以上, 是一种长寿命的、性能稳定的气体传感器, 并成功地实现了对甲醇气体的实时在线检测.     

碳纳米材料修饰阳极电极对微生物燃料电池传感器水体毒性检测灵敏度的影响

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)传感器检测水体毒性灵敏度偏低是阻碍其实际应用的瓶颈之一。本研究利用多壁碳纳米管(MWNT)和导电炭黑(GCB)修饰石墨毡(GF),作为阳极电极启动MFC传感器。考察了碳纳米材料修饰阳极电极对MFC传感器电化学性能及水体毒性检测灵敏度的影响。结果表明,GCB和MWNT修饰的电极比未修饰的电极内阻小,MFC的功率输出由大到小的顺序为:GCB/GF-MFC(2.63 W/m~2)MWNT/GF-MFC(2.56 W/m~2)GF-MFC(2.09 W/m~2)。以3,5-二氯苯酚(DCP)作为模型毒物进行毒性检测实验,10 mg/L DCP对3个MFC毒性传感器的平均抑制率为:MWNT/GF-MFC(31.8%)GCB/GF-MFC(26.3%)GF-MFC(20.1%),碳纳米材料修饰阳极电极组装MFC的毒性检测灵敏度均有所提高,MWNT/GF-MFC灵敏度最高。本研究对MFC型传感器在水污染预警中的实际应用研究提供了参考。     

醇类在惰性溶剂中的缔合溶液热力学

用Kretschmer-Wiebe模型结合Hildebrand-Scatchard公式处理含醇体系的活度系γ_i,得到醇类的自身缔合平衡常数K_A和氢键生成焓h_A。在烷烃溶剂中,K_A与烷烃的碳原子数关系不显著。在同一溶剂中,K_A依下列顺序减小: 甲醇>乙醇>正丙醇>正丁醇; 正丙醇>异丙醇; 正丁醇>异丁醇>仲丁醇>叔丁醇。所测醇类的h_A的平均值为:k_A=-24.3±0.6kJmol~(-1),与醇类的碳原子数及异构关系不显著计算出醇类-角鲨烯体系偏离Hildebrand-Scatchard公式的相互作用常数l_(AB),l_(AB)均为负值,|l_(AB)|依下列顺序减小: 甲醇>乙醇>正丙醇>正丁醇; 正丙醇>异丙醇; 正丁醇>异丁醇>仲丁醇>叔丁醇     

平面型乙醇快速响应气敏传感器的制备

采用水热法合成了纳米In₂O₃颗粒,将其旋涂于陶瓷基片上经氮化处理获得InN基片,再对InN基片进行氧化,合成出气敏材料并在一种微型平面电极片上制备了传感器件.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料的形貌、组成进行了表征与分析,结果表明,最终获得了松枝状结构的InN-In₂O₃纳米复合材料.对器件的气敏性能进行了测试,发现基于此材料制备的平面型气敏传感器对乙醇气体具有良好的气敏性能:检测浓度为1.025 mg/m³(500 ppb)的乙醇蒸汽的灵敏度可达18;检测2.05 mg/m³(1 ppm)的乙醇的响应-恢复时间最快仅为1 s;最佳工作温度低,仅为50℃.     

基于高效回收废旧锂离子电池正极材料的低共熔溶剂的筛选

针对废旧锂离子电池(LIBs)回收过程中产生的二次污染及高能耗等问题, 提出了一种绿色高效浸出废旧LIBs正极材料中有价金属的新方法. 以氯化胆碱和不同的氢键供体(草酸、 丙二酸、 戊二酸和苯磺酸)为原料, 合成了氯化胆碱/酸二元低共熔溶剂(DES)、 氯化胆碱/酸/水和氯化胆碱/酸/乙醇等三元DES. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(NMR)表征了氯化胆碱和酸之间氢键的形成过程, 探究了DES中羧酸的烷基链长、 酸性大小以及添加水和乙醇组分对浸出废旧LiCoO₂正极材料的影响. 研究结果表明, 羧酸烷基链长的增加会使DES的浸出能力下降; 酸的酸性大小不能作为溶解金属氧化物能力强弱的主要依据; 加入等摩尔量的水对DES的浸出效率影响较小, 而等摩尔量加入无水乙醇会影响DES的氢键结构, 对浸出结果影响较大. 筛选出氯化胆碱/苯磺酸/乙醇DES作为废旧LiCoO₂绿色高效的浸出剂, Li和Co的浸出效率分别高达98.6%和95.2%.