阅读说明：本技术 一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用 (Nickel oxide/titanium dioxide nanorod composite structure gas sensor and preparation method and application thereof ) 是由 夏晓红 张欢欢 高云 鲍钰文 凯文·赫姆伍德 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及气体传感器技术领域,提供了一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用。本发明提供的气体传感器包括自下而上依次接触的衬底、氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层和叉指电极。氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层中氧化镍和二氧化钛复合形成异质结,进而提高传感器的气敏性能,且氧化镍独特的氧化还原特性也能够提高传感器的气敏特性。本发明提供的气体传感器气体浓度探测范围增大、响应恢复时间短、灵敏度和重复性高,对氢气、一氧化碳、氨气等气体均有良好的响应,且在室温下即可实现高灵敏度探测。本发明提供的制备方法步骤简单、成本低、可操作性强、对设备要求低,可用于大量合成。(The invention relates to the technical field of gas sensors, and provides a nickel oxide/titanium dioxide nanorod composite structure gas sensor as well as a preparation method and application thereof. The gas sensor provided by the invention comprises a substrate, a nickel oxide/titanium dioxide nanorod composite structure layer and an interdigital electrode which are sequentially contacted from bottom to top. The nickel oxide and the titanium dioxide in the nickel oxide/titanium dioxide nanorod composite structure layer are compounded to form a heterojunction, so that the gas-sensitive performance of the sensor is improved, and the unique redox characteristic of the nickel oxide can also improve the gas-sensitive characteristic of the sensor. The gas sensor provided by the invention has the advantages of increased detection range of gas concentration, short response recovery time, high sensitivity and repeatability, good response to gases such as hydrogen, carbon monoxide and ammonia, and high-sensitivity detection at room temperature. The preparation method provided by the invention has the advantages of simple steps, low cost, strong operability and low requirement on equipment, and can be used for mass synthesis.)

一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备 方法和应用

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，特别涉及一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用。

背景技术

气体传感研究旨在创建一个可以检测周围空气中存在的各种气体及其浓度水平的电子鼻，应当具有足够的灵敏度、选择性和重复性。几种常见气体包括氢气、一氧化碳、氨气等，这些气体的有毒、有害、易燃、易爆特性等给气体的应用、储存和运输带来极大的安全隐患，因此获得一种室温下具有高灵敏度、响应和回复速度快、性能稳定并且廉价的气体传感器成为当今工业领域的迫切需求。

TiO₂是一种重要的宽带隙(锐钛矿3.2eV、金红石3.0eV)半导体功能材料。作为一种常见的n型半导体氧化物材料，TiO₂具有表面性能稳定、无毒性、易合成、成本低等诸多优点，其作为敏感材料成为气体传感器领域最受欢迎的材料之一。然而大多数基于TiO₂的气体传感器仍然存在室温下灵敏度不高(大多数TiO₂气体传感器的最佳工作温度为100～200℃)、响应恢复时间较长的缺点，一定程度上限制了其实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器及其制备方法和应用。本发明提供的气体传感器在室温下灵敏度高、响应恢复时间短、气体浓度探测范围大。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器，自下而上包括衬底、设置在所述衬底表面的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层和设置在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层表面叉指电极；所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层由氧化镍和二氧化钛纳米棒组成。

优选的，所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒和填充在所述二氧化钛纳米棒之间的氧化镍；

或包括二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层和生长在所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层上表面的氧化镍层；所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层包括二氧化钛纳米棒和填充在所述二氧化钛纳米棒之间的氧化镍；

或包括二氧化钛纳米棒层和生长在所述二氧化钛纳米棒层上表面的氧化镍层。

优选的，当所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒和填充在二氧化钛纳米棒之间的氧化镍时，所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层的厚度为1.6～2.0μm；

当氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层和生长在所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层上表面的氧化镍层时，所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层的厚度为2.1～2.5μm，所述氧化镍层的厚度为150～200nm；

当所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒层和生长在二氧化钛纳米棒层上表面的氧化镍层时，所述二氧化钛纳米棒层的厚度为3.2～3.6μm，所述氧化镍层的厚度为250～300nm。

优选的，所述衬底为FTO衬底；所述叉指电极为铂叉指电极。

本发明提供了上述方案所述气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用水热法在衬底表面制备二氧化钛纳米棒薄膜，然后进行第一退火；

(2)在所述第一退火后的二氧化钛纳米棒薄膜上生长氧化镍，然后进行第二退火，得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层；

(3)在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构表面制备叉指电极，得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器。

优选的，所述步骤(1)中水热法的水热温度为120～180℃，水热时间为6～16h；所述水热法所用溶剂为水或水和乙醇的混合溶剂。

优选的，所述第一退火的温度为300～500℃，时间为20～60min，退火气氛为空气。

优选的，所述步骤(2)中生长氧化镍的方法为水热法或磁控溅射法；所述水热法的水热温度为120～150℃，水热时间为4～12h；所述磁控溅射的背底压强为6×10^-4Pa，溅射NiO的射频功率为60～100W，溅射时间为15～60min。

优选的，所述第二次退火的温度为300～500℃，时间为60～120min，退火气氛为空气。

本发明提供了上述方案所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器或上述方案所述制备方法制备的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器在气体测试中的应用。

本发明提供了一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器，包括衬底、设置在所述衬底表面的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层和设置在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层表面叉指电极。本发明提供的气体传感器中包括氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层，其中氧化镍和二氧化钛复合形成异质结，进而提高传感器的气敏性能，且氧化镍独特的氧化还原特性也能够提高传感器的气敏特性。本发明提供的气体传感器气体浓度探测范围增大、响应恢复时间短、灵敏度和重复性高，且在室温下即可实现高灵敏度探测。

本发明还提供了上述方案所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器的制备方法。本发明提供的制备方法步骤简单、成本低、可操作性强、重复性高、对设备要求低，可用于大量合成，最终得到的TiO₂纳米棒保持良好的取向性，且NiO不易团聚，所得氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构的比表面积大。

本发明还提供了上述方案所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器在气体探测中的应用。本发明提供的气体传感器在室温下对氢气、一氧化碳、氨气等气体均有良好的响应。

实施例结果表明，当水热生长二氧化钛纳米棒中乙醇的用量为0ml，第一退火温度为400℃，时间为20min，水热生长氧化镍的温度为150℃，时间为8h时，所得气体传感器在室温下对氢气的可探测范围为1ppm～12000ppm，对一氧化碳的探测范围为1ppm～8000ppm，对氨气的探测范围为1200ppm～12000ppm。

附图说明

图1为对比例1中TiO₂纳米棒(退火后)的XRD图谱；

图2为对比例1中TiO₂纳米棒薄膜(退火后)的表面FESEM图片；

图3为对比例1中TiO₂纳米棒气体传感器对氢气响应的阻值-时间变化曲线；

图4为实施例1中所合成的NiO(退火后)的XRD图谱；

图5为实施例1中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器的表面FESEM图；

图6为实施例1中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器的截面FESEM图；

图7为实施例1中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器对氢气响应的阻值-时间变化曲线；

图8为实施例1中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器对一氧化碳响应的阻值-时间变化曲线；

图9为实施例1中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器的对氨气响应的阻值-时间变化曲线；

图10为实施例1中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器的对二氧化氮响应的阻值-时间变化曲线；

图11为实施例2中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器对氢气响应的阻值-时间变化曲线；

图12为实施例3中NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器对氢气响应的阻值-时间变化曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器，包括衬底、设置在所述衬底表面的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层和设置在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层表面叉指电极。

本发明提供的气体传感器包括衬底。在本发明中，所述衬底优选为FTO衬底，所述FTO衬底的尺寸优选为2.5cm×2.5cm；本发明对所述FTO衬底的厚度没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的FTO衬底即可。

本发明提供的气体传感器包括设置在衬底上表面的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层。在本发明中，所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层由氧化镍在二氧化钛纳米棒层表面生长得到，由于制备条件不同(在后续对制备方法的介绍中进行具体说明)，二氧化钛纳米棒的疏密以及氧化镍层的厚度均有不同，因而氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层的具体结构可分为以下三种情况：

一、二氧化钛纳米棒层中二氧化钛纳米棒较稀疏，则氧化镍在生长时可填充在二氧化钛纳米棒之间，则此时的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒和填充在所述二氧化钛纳米棒之间的氧化镍；此时的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层的厚度优选为1.6～2.0μm。

二、二氧化钛纳米棒层中二氧化钛纳米棒较稀疏，氧化镍首先填充在二氧化钛纳米棒之间，形成二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层(即情况一中的结构)，然后继续生长，形成氧化镍层，此时的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层和生长在所述二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层上表面的氧化镍层，其中二氧化钛纳米棒/氧化镍复合层的厚度优选为2.1～2.5μm，其中二氧化钛纳米棒的尺寸优选为50～80nm，氧化镍层的厚度优选为150～200nm。

三、二氧化钛纳米棒层中二氧化钛纳米棒较致密，氧化镍直接生长在二氧化钛纳米棒层上表面，此时的氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层包括二氧化钛纳米棒层和生长在所述二氧化钛纳米棒层上表面的氧化镍层，其中二氧化钛纳米棒层的厚度优选为3.2～3.6μm，二氧化钛纳米棒的尺寸优选为70～120nm；所述氧化镍层的厚度优选为250～300nm。

本发明对所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层中氧化镍的形貌不做具体限定，本领域常见形貌的的氧化镍均可，具体的可以为氧化镍纳米片。

本发明提供的气体传感器包括设置在氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层上表面的叉指电极。在本发明中，所述叉指电极优选为铂叉指电极，所述叉指电极的厚度优选为800～900nm。

本发明还提供了上述所述气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用水热法在衬底表面制备二氧化钛纳米棒薄膜，然后进行第一退火；

(2)在所述第一退火后的二氧化钛纳米棒薄膜上生长氧化镍，然后进行第二退火，得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层；

(3)在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构表面制备叉指电极，得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器。

本发明采用水热法在衬底表面制备二氧化钛纳米棒薄膜，然后依次进行干燥和第一退火。在本发明中，所述衬底在使用前优选先进行清洗和干燥；所述清洗优选为依次在丙酮、乙醇和去离子水中进行清洗。

在本发明中，所述水热法制备二氧化钛纳米棒薄膜的水热温度优选为120～180℃，更优选为150℃，水热时间优选为6～16h，更优选为8h；所述水热法所用溶剂优选为水或水和乙醇的混合溶剂，所述乙醇优选为无水乙醇，在本发明的具体实施例中，优选将水热法所用溶剂的体积固定为30mL，具体为使用30mL水为溶剂，或使用30mL水和乙醇的混合溶剂为溶剂，所述混合溶剂中水和乙醇的比例具体可以为30ml:0mL、28mL:2mL、15mL:15mL；在本发明中，通过调整醇水比以得到不同致密度和厚度的TiO₂纳米棒薄膜，将乙醇添加到溶剂中可增强缩合动力学，从而促进成核和生长，提供更多的晶种，在上述范围内，乙醇的加入量越大，二氧化钛纳米棒越致密，乙醇用量为0(即溶剂为水)时，所得二氧化钛纳米棒薄膜中的二氧化钛纳米棒最为稀疏。在本发明的具体实施例中，所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层的具体结构为上述情况一或情况二(即二氧化钛纳米棒较稀疏)时，所述水和乙醇的体积比优选控制在30mL:0mL～20mL:10mL；当所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层的具体结构为上述情况三(即二氧化钛纳米棒较致密)时，所述水和乙醇的体积比优选控制在15mL:15mL～0mL:30mL。

在本发明的具体实施例中，所述水热法制备二氧化钛纳米棒薄膜具体包括以下步骤：

(a)将水、乙醇、浓盐酸和钛源混合，得到二氧化钛前驱体溶液；

(b)将两片衬底导电面朝下，呈V字型靠在反应釜内壁，将二氧化钛前驱体溶液转移至反应釜中进行水热反应。

在本发明中，所述浓盐酸用于提供酸性环境，抑制钛源水解，所述酸性环境的pH值具体为2；所述钛源优选为钛酸四丁酯、四氯化钛或异丙醇钛；所述二氧化钛前驱体溶液中钛源的体积分数优选为1.5％～5％。

水热反应完成后，本发明优选将生长有二氧化钛纳米棒的衬底依次进行洗涤和干燥，在衬底上得到二氧化钛纳米棒薄膜。在本发明中，所述洗涤用洗涤剂优选为去离子水，所述洗涤的方法具体为：将二氧化钛纳米棒薄膜的衬底在去离子水中浸泡6h，每3h换水一次；所述干燥的温度优选为60～90℃。

得到二氧化钛纳米棒薄膜后，本发明对所述二氧化钛纳米棒薄膜进行第一退火。在本发明中，所述第一退火的温度优选为300～500℃，更优选为350～400℃，第一退火的时间优选为20～60min，更优选为30～40min，退火气氛优选为空气。本发明通过第一退火改善TiO₂纳米棒的结晶性及与FTO的附着性。

第一退火完成后，本发明在第一退火后的二氧化钛纳米棒薄膜上生长氧化镍，然后进行第二退火，得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层。在本发明中，所述生长氧化镍的方法优选为水热法或磁控溅射法；当采用水热法时，所述水热法的水热温度优选为120～150℃，更优选为130～140℃，水热时间优选为4～12h，更优选为6～10h，其中水热时间越长，氧化镍的生长厚度越大；当采用磁控溅射法溅射NiO薄膜时，所述磁控溅射的背底压强为6×10^-4Pa，溅射过程中保持腔内工作气压为1～2Pa，溅射NiO的射频功率为60～100w，溅射时间为15～60min。

在本发明中，所述水热法生长氧化镍优选包括以下步骤：

(i)将镍源、水和氨水混合，得到氧化镍前驱体溶液；

(ii)将两片生长有二氧化钛纳米棒薄膜的衬底的二氧化钛纳米棒薄膜面向下，呈V字型靠在反应釜内壁，将氧化镍前驱体溶液转移至反应釜中进行水热反应。

在本发明中，所述镍源优选为六水合氯化镍或六水合硝酸镍；所述镍源、水和氨水的用量比优选为0.59g:100mL:2mL；所述水优选为去离子水。本发明通过加入氨水将氧化镍前驱体溶液的pH值调节至8～10。

水热反应完成后，本发明将生长有氧化镍的样品取出，然后依次进行洗涤和干燥，得到生长在二氧化钛纳米棒薄膜上的氧化镍；所述洗涤用洗涤剂优选为去离子水；所述干燥的温度优选为60～90℃。

在本发明中，所述第二退火的温度优选为300～500℃，更优选为350～450℃，第二退火的时间优选为60～120min，更优选为80～100min；退火气氛优选为空气。本发明通过第二退火提高NiO的结晶性及NiO与TiO₂的接触情况。

得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构层后，本发明在所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构表面制备叉指电极，得到氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器。本发明优选使用直流磁控溅射法制备叉指电极；所述直流磁控溅射法的参数优选包括：背底真空度为6×10^-4Pa，Ar流速为10～20sccm，工作气压为0.5～1Pa，直流溅射功率为40～60W，溅射时间为5～10min。

本发明还提供了上述方案所述氧化镍/二氧化钛纳米棒复合结构气体传感器在气体测试中的应用。在本发明中，所述气体具体优选为氢气、一氧化碳、氨气、二氧化氮、丙酮和乙醇等；所述应用的温度优选为室温；本发明对所述应用的具体方法没有特殊要求，按照本领域技术人员熟知的方法进行应用即可。

下面结合实施例对本发明提供的方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

对比例1

将FTO衬底以V字型靠在水热反应釜聚四氟乙烯的内壁上，倒入由15mL去离子水、0mL无水乙醇、30mL浓盐酸和1mL钛酸四丁酯配制而成的前驱体溶液，在150℃下水热反应8h得到TiO₂纳米棒薄膜，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中400℃退火20min后备用。

将纯度为99.99％的Pt靶材安装在磁控溅射系统的阴极靶位，固定靶与衬底的距离为60mm，在TiO₂薄膜表面覆上叉指形掩模版，分别打开机械泵、电磁阀分子泵泵抽系统，待本底真空度抽到6×10^-4Pa时，将氩气流速设置为14.4sccm，保持腔室工作气压为0.5Pa，将直流溅射功率设置为40W，对靶材进行5min溅射镀膜制备金属Pt叉指电极。

图1为TiO₂纳米棒薄膜(退火后)的XRD图，从图中可以看出，所得样品为(101)晶面高度暴露的金红石相TiO₂；

图2为TiO₂纳米棒薄膜(退火后)的FESEM表面图，从图中可以看出，所得样品为TiO₂纳米棒,纳米棒的直径为50～80nm(并非每根纳米棒直径相同，在一定范围内分布)；

在室温下对所得TiO₂纳米棒气体传感器进行检测，所得结果如图3所示。根据3可以看出，所得气体传感器的对氢气的探测浓度范围1～4000ppm。

实施例1

将FTO衬底以V字型靠在水热反应釜聚四氟乙烯的内壁上，倒入由30mL去离子水、0mL无水乙醇、30mL浓盐酸和1mL钛酸四丁酯配制成的前驱体溶液，在150℃下水热反应8h得到TiO₂纳米棒薄膜，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中400℃退火20min后备用。

将前驱体溶液(由六水合氯化镍的质量为0.59g、去离子水体积为100mL和氨水2mL配制而成)置于水热反应釜中，两片FTO(含TiO₂纳米棒薄膜面朝下)呈V字型置于聚四氟乙烯反应釜内壁上进行水热反应，以TiO₂纳米棒为基底生长NiO；所述加入六水合氯化镍的质量为0.59g，去离子水体积为100mL，加入氨水体积为2mL，在150℃条件下水热反应8h，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中500℃退火120min后备用。

将纯度为99.99％的Pt靶材安装在磁控溅射系统的阴极靶位，固定靶与衬底的距离为60mm，在TiO₂薄膜表面覆上叉指形掩模版，分别打开机械泵、电磁阀分子泵泵抽系统，待本底真空度抽到6×10^-4Pa时，将氩气流速设置为14.4sccm，保持腔室工作气压为0.5Pa，将直流溅射功率设置为40W，对靶材进行5min溅射镀膜制备金属Pt电极。

图4为NiO(退火后)的XRD图谱；

图5为NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器的表面FESEM图；

图6为NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器的截面FESEM图。

根据图4～6可以看出，本实施例1功合成了NiO/TiO₂纳米棒复合结构，且复合结构具体包括二氧化钛纳米棒和填充在二氧化钛纳米棒之间的氧化镍(即上述情况一)，复合结构的厚度为1.7μm。

在室温下对所得NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器在氢气气氛中进行检测，所得结果如图7所示。结果显示传感器对氢气浓度的可探测范围为1ppm～12000ppm。结合对比例1可以看出，本发明中的NiO/TiO₂纳米棒复合结构能够显著增大传感器的探测范围。

在室温下对NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器在一氧化碳气氛中进行检测，所得结果如图8所示。结果显示传感器对一氧化碳浓度的可探测范围为1～8000ppm。

在室温下NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器在氨气气氛中进行检测，所得结果如图9所示。结果显示传感器对氨气浓度的可探测范围为1200～12000ppm。

在室温下NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器在二氧化氮气氛中进行检测，所得结果如图10所示。结果显示传感器对二氧化氮浓度的可探测范围为100～4000ppm。

实施例2

将FTO衬底以V字型靠在水热反应釜聚四氟乙烯的内壁上，倒入由28mL去离子水、2mL无水乙醇、30mL浓盐酸和1mL钛酸四丁酯配制而成的前驱体溶液，在150℃下水热反应8h得到TiO₂纳米棒薄膜，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中400℃退火20min后备用。

将前驱体溶液(由六水合氯化镍的质量为0.59g、去离子水体积为100mL、氨水2mL配制得到)置于水热反应釜中，两片FTO(含TiO₂纳米棒薄膜面朝下)呈V字型置于聚四氟乙烯反应釜内壁上进行水热反应，以TiO₂纳米棒为基底生长NiO；所述加入六水合氯化镍的质量为0.59g，去离子水体积为100mL，加入氨水体积为2mL，在150℃条件下水热反应8h，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中500℃退火120min后备用。

将纯度为99.99％的Pt靶材安装在磁控溅射系统的阴极靶位，固定靶与衬底的距离为60mm，在TiO₂薄膜表面覆上叉指形掩模版，分别打开机械泵、电磁阀分子泵泵抽系统，待本底真空度抽到6×10^-4Pa时，将氩气流速设置为14.4sccm，保持腔室工作气压为0.5Pa，将直流溅射功率设置为40W，对靶材进行5min溅射镀膜制备金属Pt叉指电极。

在室温下对所得NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器在氢气气氛中进行检测，所得结果如图11所示。结果显示所得气体传感器在室温下对氢气浓度的的可探测范围为1ppm～12000ppm。

实施例3

将FTO衬底以V字型靠在水热反应釜聚四氟乙烯的内壁上，倒入由15mL去离子水、15mL无水乙醇、30mL浓盐酸和1mL钛酸四丁酯配制而成的前驱体溶液，在150℃下水热反应8h得到TiO₂纳米棒薄膜，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中400℃退火20min后备用。

将前驱体溶液(由六水合氯化镍的质量为0.59g、去离子水体积为100mL、氨水2mL配制得到)置于水热反应釜中，两片FTO(含TiO₂纳米棒薄膜面朝下)呈V字型置于聚四氟乙烯反应釜内壁上进行水热反应，以TiO₂纳米棒为基底生长NiO，在150℃条件下水热反应8h，待反应釜降至室温，将薄膜用去离子水洗净后，浸泡在去离子水中，每3小时换一次水，浸泡6小时后，70℃条件下恒温干燥，在管式炉空气气氛中500℃退火120min后备用。

将纯度为99.99％的Pt靶材安装在磁控溅射系统的阴极靶位，固定靶与衬底的距离为60mm，在TiO₂薄膜表面覆上叉指形掩模版，分别打开机械泵、电磁阀分子泵泵抽系统，待本底真空度抽到6×10^-4Pa时，将氩气流速设置为14.4sccm，保持腔室工作气压为0.5Pa，将直流溅射功率设置为40W，对靶材进行5min溅射镀膜制备金属Pt叉指电极。

在室温下对所得NiO/TiO₂纳米棒气复合结构气体传感器在氢气气氛中进行检测，所得结果如图12所示。结果显示所得气体传感器在室温下对氢气在低浓度下表现P型响应，高浓度下表现n型响应。

由以上实施例可以看出，本发明提供的NiO/TiO₂纳米棒复合结构气体传感器在室温下对氢气、一氧化碳、氨气等多种气体均呈现出不同程度的响应，尤其对氢气的灵敏度最高，并具有良好的可重复性，有效地改善了气体传感器的探测范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。