基于自组装金钯核壳纳米颗粒单层膜的光纤H_(2)传感器

低维纳米材料的大比表面积极大提升了材料与环境气体分子的反应效率,对提高光纤氢气传感器中关键氢敏器件的灵敏度及响应速度有着至关重要的作用。提出了一种在油水界面自组装制备高性能金钯(Au-Pd)核壳纳米颗粒单层氢敏薄膜的方法,并制备了基于该薄膜的透射式光纤氢气传感器。实验中采用水热合成法制备粒径约12 nm的球形Au核,然后在Au核水溶液中加入Pd生长液,得到粒径约为20 nm的Au-Pd核壳纳米颗粒。采用十八胺修饰Au-Pd核壳纳米颗粒并通过相转移技术将颗粒转移到甲苯溶液中,最后在甲苯-水界面提拉制备覆盖率高并且空洞和堆积少的纳米颗粒单层氢敏薄膜。表征分析结果表明,形成的Au-Pd核壳纳米颗粒粒径均匀且结晶度好,制备的纳米颗粒单层薄膜排列致密覆盖率达87%。搭建了透射式光纤氢气器并测试了制备的Au-Pd核壳纳米颗粒单层膜在不同氢气浓度下的感氢响应特性。实验结果表明,单层纳米颗粒氢敏膜对4%的氢气响应时间约为3 s,对0.1%的氢气(氮气为载气)响应时间约为13 s,在多个循环的测试中表现出良好的稳定性,该传感器在低浓度氢气的快速、准确检测上具有良好的应用前景。