发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种石墨烯基气敏材料及其制备方法及其应用，解决了目前的传感器选择性较差，以及检测环境中的其他气体容易对传感器产生干扰的问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯基气敏材料的制备方法，其包括如下步骤：

步骤S1，准备氧化石墨烯；

步骤S2，采用水热法制备石墨烯和硫化锡的复合材料，使硫化锡片层在静电吸附作用下，在氧化石墨烯的表面结晶生长，同时，氧化石墨烯在水热作用下还原生成石墨烯。

采用此技术方案得到的复合材料在室温下可以快速吸附二氧化氮分子，具有极高的灵敏度，对ppb级别的二氧化氮气体具有极高灵敏度，可以快速反应和恢复，选择性好，可以满足目前的气敏传感需求；在室温下也可以快速脱附，且对除二氧化氮外其他气体几乎不产生响应，可用于室温下十亿分之一浓度二氧化氮的气体检测。这种气敏材料在极低浓度下的气体检测具有广阔的应用前景。该材料的制备方法具有快速，简便，可重复易于控制等优点。

作为本发明的进一步改进，步骤S2的反应中，以锡酸钾作为锡源，l-半胱氨酸作为硫源，CTAB作为链接剂。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，先将CTAB溶解到去离子水中，加入氧化石墨烯，进行超声分散，使氧化石墨烯充分分散，得到氧化石墨烯分散溶液；继续搅拌，使得氧化石墨烯和CTAB充分吸附；加入锡酸钾和l-半胱氨酸，继续搅拌，然后进行水热反应，冷却后进行离心、洗涤。

作为本发明的进一步改进，水热反应的温度为180-250℃。进一步的，所述水热反应的温度为200℃。

作为本发明的进一步改进，搅拌的转速为300~400r/min，搅拌时间为1-3h。

作为本发明的进一步改进，所述氧化石墨烯与硫化锡的质量比为1：20~160。进一步的，所述氧化石墨烯与硫化锡的质量比为1：140~160，或所述氧化石墨烯与硫化锡的质量比为1：25~30。当所述氧化石墨烯与硫化锡的质量比为1：140~160，得到的复合材料为n型气敏材料。所述氧化石墨烯与硫化锡的质量比为1：25~30，得到的复合材料为p型气敏材料。采用此技术方案，可以根据需要调节石墨烯和硫化锡的比例，气敏材料可以产生半导体p-n类型的转化，这样对二氧化氮气体可以产生不同响应。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，采用氧化剂将天然石墨进行氧化，使其表面产生含氧官能团，进而膨胀剥离得到氧化石墨烯。

本发明还公开了一种石墨烯基气敏材料，其采用如上任意一项所述的石墨烯基气敏材料的制备方法制备得到。

本发明还公开了一种如上所述的石墨烯基气敏材料的应用，所述石墨烯基气敏材料用于二氧化氮气体的检测。进一步的，所述石墨烯基气敏材料用于ppb级含量的二氧化氮气体的检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

第一，采用本发明技术方案，利用硫化锡独特的气敏性能，通过水热合成的方法，将硫化锡和石墨烯材料复合，制备出具有高灵敏度的室温气敏材料，硫化锡对二氧化氮气体具有极高的吸附能，作为目标气体的吸附位点；石墨烯具有的零带隙结构，在复合材料中为硫化锡材料提供了导电通路，使得目标气体上的电荷可以迅速转移，产生明显的电阻变化。硫化锡片层在石墨烯表面相互堆叠，具有较高的比表面积，进一步增加了气体的吸附作用。通过硫化锡和石墨烯的协同作用，在室温下可以快速吸附二氧化氮分子，具有极高的灵敏度，在室温下也可以快速脱附，有利于在短时间内进行多次气敏响应，且对除二氧化氮外其他气体几乎不产生响应。

第二，通过调节石墨烯和硫化锡的比例，气敏材料可以产生半导体p-n类型的转化，对二氧化氮气体产生不同响应。该材料对ppb级别的二氧化氮气体具有极高灵敏度，可以快速反应和恢复，选择性好，可以满足目前的气敏传感需求。并且这种材料在不同复合比例时会产生传感类型的转化，对目标气体产生不同的传感响应。

第三，本发明的制备方法快速、简便，可重复，易于控制。