基于铂—钯修饰石墨烯的氢气传感性能研究

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1、学校代码：10225学号：2130658基于铂-钯修饰石墨烯的氢气传感性能研究STUDYONTHEHYDROGENSENSINGPROPERTIESOFPT-PD/REDUCEDGRAPHENEOXIDE专业：机械工程作者：叶建新导师：彭倚天教授答辩日期：2016年02月东华大学硕士学位论文摘要基于铂-钯修饰石墨烯的氢气传感性能研究摘要氢气作为清洁高效的能源在各行各业有着广泛的应用，但当它在空气中体积分数超过4%时遇明火即会发生爆炸，且氢气无色无味，泄漏时很难被察觉，因此开发具有良好性能的氢气传感器对其进行监测和

2、报警显得尤为重要。石墨烯具有大比表面积和高载流子迁移率等独特性质，铂(Pt)和钯(Pd)金属对氢气具有较高的溶解性和选择性，将Pt-Pd纳米颗粒修饰到石墨烯表面制备氢敏材料，在构筑高灵敏度的氢气传感器方面具有良好的前景。本文使用改进Hummer法和超声剥离法获得了氧化石墨烯，通过一步还原法制备了铂-钯修饰还原氧化石墨烯(Pt-Pd/RGO)氢敏材料，Pt-Pd纳米颗粒均匀分散在RGO表面；利用光刻工艺加工得到便于氢气传感器微型化和集成化的微电极阵列，通过介电泳沉积法将Pt-Pd/RGO氢敏感薄膜沉积在微电极上，实

3、现了Pt-Pd/RGO氢气传感器的组装；搭建了传感器性能测试系统，该系统能够模拟不同的实验环境并对氢气传感器性能进行在线检测。本文对Pt-Pd/RGO氢气传感器进行了一系列性能测试实验，包括不同氢气浓度下的I-V、灵敏度、重复性和稳定性等测试；探究了不同环境因素如温度、湿度、流速及气体载体等对该氢气传感器性能的I东华大学硕士学位论文摘要影响，获得如下结论：1、对比RGO与Pt-Pd/RGO敏感薄膜在不同氢气浓度下的I-V特性曲线，验证了Pt-Pd纳米颗粒在氢气传感器中具有明显的选择性作用；2、在氢气浓度逐渐增加的

4、情况下对传感器进行连续性传感性能测试，结果显示传感器具有良好的氢气传感性能，气体响应信号随浓度的升高而增大；3、随着循环的吸氢与脱氢过程，传感器表现出良好的重复性和稳定性；4、该传感器具有较高的响应灵敏度，常温下氢气最低检测限可达50ppm，传感器的响应时间随着氢气浓度的升高而缩短，恢复时间随着氢气浓度的升高而延长；5、不同环境因素下的研究结果表明：温度、湿度、气体载体等对传感器的性能具有很大影响，而一定范围内传感器的性能基本不受气体流速的影响。6、该传感器的氢气响应特性与Pd合金晶格膨胀、金属氢化物的形成及石墨

5、烯表面载流子浓度的改变这三者的综合效应相关。关键词：Pt-Pd纳米颗粒，还原氧化石墨烯，氢气传感器，传感性能II东华大学硕士学位论文ABSTRACTSTUDYONTHEHYDROGENSENSINGPROPERTIESOFPT-PD/REDUCEDGRAPHENEOXIDEABSTRACTAsapotentialnewenergy，hydrogenhasbeenwidelyusedinallwalksoflife.However,hydrogenisflammableandexplosiveinairoverac

6、oncentrationof4vol%andcanhardlybeperceivedsinceitisodorlessandcolorless.Thereforehydrogenleakagedetectionandalarmhavebecomeessential.Grapheneshowsgoodprospectinnovelsensorapplicationbecauseofitsuniquepropertiesofhighsurfaceareaandhighcarriermobility.Platinum(

7、Pt)andpalladium(Pd)metalshavehighsolubilityandselectivitytohydrogen,hencetheperformanceofPtandPdnanoparticalesdecoratedgraphenehydrogensensorhasgreatpotentialtobeimproved.Inthispaper,grapheneoxidewasobtainedbyamodifiedHummer’smethodandultrasonicstrippingproce

8、ss.Pt-Pdnanoparticlesdecoratedreducedgrapheneoxide(Pt-Pd/RGO)hadbeensynthesizedviaasimpleone-stepchemicalreduction.Pt-PdnanocrystalswereuniformlydispersedonRGOsurface.Microelectrodes,whic