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材料导报  2024, Vol. 38 Issue (18): 23040092-7    https://doi.org/10.11896/cldb.23040092
  无机非金属及其复合材料 |
用于低浓度氢气检测的超灵敏TiO2传感材料高通量筛选方法研究
麻艳佳1,2, 杨黎1, 郭胜惠1, 侯明1, 朱烨1, 张德起1, 高冀芸1,3,*
1 昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明 650093
2 有研亿金新材料有限公司,北京 102200
3 云南民族大学化学与环境学院,昆明 650504
High-throughput Screening Methods for Ultrasensitive TiO2 Sensing Materials to Low-concentration Hydrogen Detection
MA Yanjia1,2, YANG Li1, GUO Shenghui1, HOU Ming1, ZHU Ye1, ZHANG Deqi1, GAO Jiyun1,3,*
1 School of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China
2 Grikin Advanced Materials Co., Ltd., Beijing 102200, China
3 School of Chemistry and Environment, Yunnan Minzu University, Kunming 650504, China
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摘要 基于组合材料学思想,利用材料并行合成平台快速制备了121种具有不同组分的稀贵金属元素表面修饰的TiO2气敏材料膜,开发MOS气敏材料的快速筛选方法,采用XRD、FESEM、EDS等对材料膜进行了微结构表征,并通过高通量筛选平台对所有样品进行了气敏性能分析。筛选结果表明,对于TiO2棒分别修饰0.5%(如无特殊说明,均为摩尔分数)Eu、0.1% Gd、0.1% V、0.1% Rb、0.5% Pt、0.4% Pd的样品,它们在350 ℃下对1 000×10-6 H2的气敏响应值可分别达到334、192、1 074、1 120、62 778、39 643。其中具有超灵敏响应的TiO2-0.5% Pt样品在350 ℃时的浓度检测限可低至2×10-6(0.002‰),而TiO2-0.4% Pd在50 ℃对1 000×10-6H2的响应值为15,可见材料具有良好的选择性和长期稳定性,在未来氢能储运安全监测、电池失效前期预警等低浓度氢气检测场合具有广阔的应用前景。
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麻艳佳
杨黎
郭胜惠
侯明
朱烨
张德起
高冀芸
关键词:  TiO2  稀贵金属表面修饰  氢传感器  高通量筛选    
Abstract: With the strategy of combinatorial materials science, 121 types of TiO2 gas-sensitive material films decorated with rare and noble metals were prepared rapidly via the parallel material synthesis platform and characterized by high-throughput screening effectly. The micromorphology of samples was analyzed by means of X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscope (FESEM) and energy dispersive spectrometer (EDS). The screening result indicates that the response of TiO2 decorated with 0.5mol% Eu, 0.1mol% Gd, 0.1mol% V, 0.1mol% Rb, 0.5mol% Pt and 0.4mol% Pd can reach 334, 192, 1 074,1 120, 62 778 and 39 643 at 350 ℃ to 1 000×10-6 H2, respectively. Among them, the concentration detection limit of TiO2-0.5mol% Pt can be to 2×10-6 (0.002‰), while the response of TiO2-0.4mol% Pd is 15 at 50 ℃ to 1 000×10-6 H2. It is founded that the screening materials have the good selectivity and long-term stability. The materials have broad application prospects in low-concentration hydrogen detection fields such as hydrogen energy storage and transportation safety monitoring and early warning of battery failure in the future.
Key words:  TiO2    surface modification of rare and noble metals    H2 sensor    high-throughput
发布日期:  2024-10-12
ZTFLH:  U461  
  TP308  
基金资助: 云南省稀贵金属材料基因工程科技重大专项(202002AB080001);云南省教育厅科学研究基金(2022J0441);四川省科技计划(22QYCX0097)
通讯作者:  *高冀芸,通信作者,云南民族大学化学与环境学院讲师。2015年中国地质大学(武汉)资源学院硕士毕业后到云南民族大学工作至今,2019年至今在昆明理工大学冶金与能源工程学院攻读博士学位。目前主要从事新型气敏材料制备及微纳气体传感器开发等研究。以第一作者或通信作者发表论文10余篇,包括Applied Surface Science、Ceramics International、《硅酸盐学报》《化工进展》等。jiyungao89@163.com   
作者简介:  麻艳佳,2020年6月、2023年6月分别于郑州大学和昆明理工大学获得工学学士学位和硕士学位。攻读硕士学位期间在杨黎教授的指导下进行研究。目前主要研究领域为气敏材料的高通量筛选。
引用本文:    
麻艳佳, 杨黎, 郭胜惠, 侯明, 朱烨, 张德起, 高冀芸. 用于低浓度氢气检测的超灵敏TiO2传感材料高通量筛选方法研究[J]. 材料导报, 2024, 38(18): 23040092-7.
MA Yanjia, YANG Li, GUO Shenghui, HOU Ming, ZHU Ye, ZHANG Deqi, GAO Jiyun. High-throughput Screening Methods for Ultrasensitive TiO2 Sensing Materials to Low-concentration Hydrogen Detection. Materials Reports, 2024, 38(18): 23040092-7.
链接本文:  
http://www.mater-rep.com/CN/10.11896/cldb.23040092  或          http://www.mater-rep.com/CN/Y2024/V38/I18/23040092
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