基于钯纳米电化学甲烷传感器的研究

High sensitivity、good selectivity and ease of use of CH4 gas sensor in the coal mine gas monitoring to ensure safe production has broad application prospects, no studies have reported electrochemical gas sensors based on highly selective materials in methane. The project will be planned from the starting material preparation and analysis of sensor angle, has focused on the preparation of new materials, methane gas sensing and electrochemical gas sensor response mechanism. The palladium nanocomposites will be prepared by supramolecular of cryptophanes A with high selectivity to methane molecules use as support materials. This nanocomposites will be provided with highly selectivity and high electrochemical activity to oxide methane molecules, and can be use as a methane sensing material. The methane sensitive materials will be covalently modified onto glassy carbon electrode and indium tin oxide conductive glass electrode surface, and then to build a methane sensor gas electrode or device. A novel method will be to establish based on the a nano-electrochemical principle, which can improve the selectivity and sensitivity of the sensor for methane molecules. The the electrochemical reaction mechanism of methane molecules on the Pd nanomaterials modified electrode will be explored and provided theoretical basis to electrochemical instruments for research and development of methane. electrochemical sensor system will be integrated and realized by direct detection of methane gas at room temperature. The results wolud be expanded the scope of application of nano-electrochemical sensors in the field of gas detection.

灵敏度高、选择性好和使用简便的甲烷传感器在煤矿瓦斯监控，保证安全生产等方面具有广阔应用前景，基于甲烷高选择性材料的电化学传感器尚无研究报道。本项目拟从材料制备和分析传感器角度出发，着重开展甲烷气敏新材料制备方法和电化学甲烷气体传感器响应机制的研究。设计以对甲烷分子具有高选择性的穴蕃类超分子为钯纳米的支撑材料，制备出对甲烷分子具有高选择性捕获和高电化学活性的纳米复合材料，将该材料作为甲烷气体的传感材料, 采用共价键合修饰电极技术将甲烷敏感材料修饰于玻碳、氧化铟锡导电玻璃等电极表面构建甲烷传感器的气敏电极或器件，提高传感器对甲烷分子的选择性和灵敏度，建立一种纳米电化学检测甲烷气体分子的新方法。探索甲烷分子在钯纳米材料修饰电极上的电化学反应机制，为研发甲烷电化学仪器奠定理论基础。在此基础上将电化学传感器系统集成化，实现室温下对甲烷气体的直接检测，并拓展纳米电化学传感器在气体检测领域的应用范围。

我国甲烷传感器的研发工作滞后，研发具有自主知识产权，简便快速、准确可靠的甲烷传感器非常必要和紧迫。现有的甲烷检测装置性能和寿命等参数与国际先进水平存在很大差距，监测数据的准确性、可靠性、稳定性等还不能完全满足煤矿井下使用要求，急需通过自主开发以提高我国煤矿井下瓦斯传感器及检测装置的性能，进一步提升和完善煤矿安全监控系统的稳定性和可靠性。因此，针对煤矿生产过程中甲烷监测所面临的问题，开展瓦斯传感器检测新方法的研究具有重要的科学价值，提高质量、改进传感器性能，加强对瓦斯传感器的低成本技术创新和优化升级具有一定的现实意义。针对煤矿瓦斯传感器的检测中存在的问题，研制一种灵敏度高、选择性好和使用简便的甲烷传感器在煤矿瓦斯监控，保证安全生产等方面具有广阔应用前景，基于甲烷高选择性材料的电化学传感器尚无研究报道。本项目从材料制备和分析传感器角度出发，着重开展了甲烷气敏新材料制备方法和电化学甲烷气体传感器响应机制的研究。设计以对甲烷分子具有高选择性的穴蕃类超分子为钯纳米的支撑材料，制备出对甲烷分子具有高选择性捕获和高电化学活性的纳米复合材料，将该材料作为甲烷气体的传感材料, 采用共价键合修饰电极技术将甲烷敏感材料修饰于玻碳、氧化铟锡导电玻璃等电极表面构建甲烷传感器的气敏电极或器件，提高传感器对甲烷分子的选择性和灵敏度，建立一种纳米电化学检测甲烷气体分子的新方法。探索甲烷分子在钯纳米材料修饰电极上的电化学反应机制，为研发甲烷电化学仪器奠定理论基础。研究了纳米复合材料修饰电极的方法，电极的制备对电极性能关系重大，因此材料在电极表面的分布和附着是修饰电极的主要问题。本项目将研究采用共价键合法技术修饰电极，研究修饰电极材料的浓度，使用量，电压范围等。 建立合适的用于研究纳米电化学检测甲烷气体的方法，并考察其响应时间，电解质种类，浓度等。研究甲烷分子在修饰电极上的吸附和电催化氧化效果，探索其氧化过程，阐述纳米电化学检测甲烷的机理。研究构建集成化的传感器系统,设计研究集成化的三电极体系，将工作电极、参比电极和辅助电极以及电解质封装与一密闭体系。不仅可直接和电化学工作站联用，也可以在简单的电子线路系统下进行信号输出。该系统将直接应用于电化学甲烷气体的气相检测，因此，研究采用气体过滤膜实现对浮尘的过滤，选择有机电解质，封装三电极系统。建立了新体系全面进行性能评价和考察，包括选择性，灵敏度，检出限。