电化学三电极体系(两电极电化学CO传感器的研制)

以离子导电聚合物Nafion膜为电解质材料，将纳米铂固定在聚四氟乙烯多孔膜上，研制了一种低功耗、高灵敏度、高可靠性的新型双电极电化学一氧化碳传感器。关键词：双电极电化学一氧化碳传感器0简介一氧化碳作为空气污染物的主要物质之一，是环境监测和控制的重点。随着城市能源结构的调整和变化，进入，城市燃气已达到千家万户，并以其清洁方便的特点迅速普及。但是，由于使用不当或器具不合格，或其他因素造成的泄漏，一氧化碳释放后经常发生人员中毒事故；燃煤和燃气热水器导致一氧化碳积聚并导致家庭人员中毒和伤亡的情况并不少见；在工业领域，一氧化碳气体的生产、制造和应用也需要控制其浓度范围；在采矿业，地下矿井中的一氧化碳气体也需要检测和报警。在环境保护方面，汽车尾气中一氧化碳的检测越来越受到重视。双电极电化学一氧化碳传感器具有功耗低、体积小、灵敏度高、线性范围宽、抗干扰能力强、重现性好、稳定可靠等优点。它是一种广泛适用于工业和民用领域的电化学传感器。1传感器结构电化学传感器有两个电极和三个电极结构，主要区别是是否有参比电极。双电极一氧化碳传感器无参比电极，结构简单，易于设计制造，成本低廉，适用于低浓度一氧化碳检测和报警；三电极一氧化碳传感器引入参比电极，使传感器具有较大的量程和良好的精度，但引入参比电极增加了制造工艺和材料成本，因此三电极一氧化碳传感器的价格远高于主要用于工业领域的两电极一氧化碳传感器。根据对，对，对廉价民用一氧化碳报警器的迫切需求，我们选择了双电极一氧化碳传感器的总体设计方案。双电极电化学一氧化碳传感器主要由电极、电解液、电解液保持材料、去除干扰气体的过滤材料、插针等部分组成。电化学传感器的典型结构2主要材料的选择2.1电解质是电化学传感器电极之间的导体，也是电池的重要组成部分。电化学一氧化碳传感器根据电解质状态可分为液体电解质型、半固体电解质型和固体电解质型。液体电解质容易泄漏和挥发，严重影响传感器的使用寿命，因此目前很少使用。半固体电解质是介于液体和固体电解质之间的电解质，它是通过将亲水性多孔材料(或芯材)浸泡在硫酸中而形成的，这就要求该材料具有良好的耐酸腐蚀性，如聚苯乙烯磺酸膜和玻璃纤维膜。固体电解质代表了传感器的发展方向。电化学固体聚合物电解质一氧化碳传感器利用聚合物中的官能团传导离子。由于它可以在室温下工作，聚合物可以根据设计要求通过化学反应进行改性，加工方便。相比之下，固体聚合物电解质结构具有更好的性能，并且更容易制造具有高性能，特别是长寿命的传感器。通过实验研究，最终选择Nafion固体聚合物电解质作为双电极电化学一氧化碳传感器的电解质。为了克服Nafion固体电解质电化学传感器易受外界湿度干扰而影响其使用寿命的缺点，在传感器中设计了一个以玻璃纤维为吸收材料的装有少量液体电解质的储存室，使液体电解质不易流动，并提供了足够的膨胀空间。这种结构使传感器形成稳定的气氛，并能缓冲外部变化。从而保证Nafion膜传感器相位对，的稳定工作状态，克服了纯固体电解质易受环境影响的缺点，大大提高了传感器的可靠性。

2.2滤料传感器的滤料能够滤除对电极的有毒污染物，其过滤能力对对传感器的使用寿命有重要影响。传统方法是使用活性炭粉末材料，但由于活性炭的粗堆积密度小，少量活性炭难以发挥作用，这是传统电化学传感器使用寿命短的主要原因；然而，增加活性炭的量会使传感器体积变大，这不利于在检测器中的安装。为了解决对，问题，近年来我们采用了新兴的活性炭纤维材料。由于活性炭纤维表面覆盖有微孔，可以加工成不同形态的毡和布状材料，与传统的颗粒炭相比，具有吸附和脱附速度更快、操作维护更方便的优点。对有机气体和恶臭物质(如正丁基硫醇等)的吸附能力。)比颗粒活性炭(GAC)大几倍到几十倍，并且对无机气体也具有良好的吸附能力，这减少了过滤材料的量并且易于使用。2.3电极材料一氧化碳传感器的主要电极材料包括催化剂和基体材料。催化剂可以加速气体的反应，电极上负载有由铂、钌、镍等金属粒子组成的催化剂，具有高催化活性的对一氧化碳。作为电化学反应的催化剂，这些金属可以在不改变自身的情况下加速化学反应。在国外常见的一氧化碳传感器中，铂因其高催化活性而被广泛使用。在本项目中，铂还用作指示电极和对电极的催化剂。电极基体材料的选择主要考虑材料的化学惰性，不与实际应用中可能接触的电解质和化学物质发生反应；同时，传感器中的电极为气体扩散电极，基体材料应制备成多孔结构，所选材料应易于制备多孔薄膜；此外，基质材料优选是疏水的，以防止孔中水蒸气的冷凝影响传感器的正常操作。在上述条件下，我们最终选择化学惰性和疏水性的聚四氟乙烯作为电极的基材。3内封装过程中铂丝与电极引脚的接合是电解液泄漏的原因之一，电解液容易腐蚀铂丝，导致液体泄漏和其他金属离子进入传感器，影响使用性能。一般方法是通过电镀或化学镀在电极引脚上制备惰性薄膜，或者使用导电塑料进行连接。这些方法增加了制备过程的难度，我们通过简单的内包装过程解决了这个问题。内包装工艺是在铂丝和电极引脚的连接处浇注一薄层耐酸树脂，将铂丝包裹至少6mm。实验表明，这种处理可以防止电解液到达电极针的末端，有效防止泄漏。4双电极电化学一氧化碳传感器的浓度特性曲线所研制的一氧化碳传感器灵敏度高、线性好，其输出特性完全能满足检测仪器的设计要求。结论双电极电化学一氧化碳传感器是近年来的研究热点，属于国际先进的传感器技术。通过实验研究，在材料选择和电极、过滤层、电解质等结构设计上克服了许多影响传感器寿命的技术难题，成功研制出一种具有实用意义的新型一氧化碳传感器，必将在一氧化碳气体检测领域发挥作用