基于介孔薄膜载体和纳米催化剂的甲烷催化燃烧MEMS传感器研究

传感器的发展方向是低功耗、微型化和智能化。采用基于MEMS技术的微加热器作微加热元件，制备基于MEMS 技术的低功耗甲烷催化燃烧传感器现已成为甲烷催化燃烧传感器研究的一个重要发展方向。但这种微加热器的加热区面积很小（～0.01 mm2），由此带来的催化剂负载量小、测量过程中甲烷催化燃烧产生的信号强度弱、信噪比较小、难以实用化等一系列问题。本项目针对上述问题，创造性地将介孔氧化铝薄膜载体、纳米结构催化剂引入甲烷催化燃烧传感器结构中，将原有致密氧化铝基底改为采用介孔氧化铝薄膜结构，利用介孔结构的高比表面积，在有效提高催化剂的负载量、提高催化活性的同时，增加催化剂与甲烷气体的有效接触面积，提高催化元件对甲烷催化燃烧的信号强度。通过深入系统地研究基底材料及催化剂合成工艺、组成、结构等对甲烷催化燃烧性能的影响，探索、设计和开发一种新型、基于MEMS技术的介孔结构低功耗甲烷催化燃烧传感器。

传感器的发展方向是低功耗、微型化和智能化。采用基于MEMS技术的微加热原件，制备基于MEMs技术的低功耗甲烷催化燃烧传感器已成为甲烷催化燃烧传感器研究的一个重要发展方向。由于这种传感器的加热区面积小，由此带来催化剂负载量小、测量过程中甲烷催化燃烧产生的信号强度弱，信噪比小、难以实用化等一系列问题。项目针对上述问题，创造性的将介孔氧化铝薄膜载体、纳米结构催化剂引入传感器结构，利用介孔结构的高比表面，在有效提高催化剂负载量、提高催化活性同时，增加催化剂与甲烷气体的有效接触面积，提高催化原件对甲烷催化燃烧的信号强度。.项目对传统甲烷催化燃烧传感器贵金属催化剂体系，Pd-Pt/Al2O3 和Rh2O3/Al2O3，进行了相关评价。.研究发现，Rh2O3/Al2O3性能相对较稳定，且在很大的比例范围内（摩尔比1:1-8:1），Rh2O3/Al2O3 体系可形成相互分散均匀的均相体系，贵金属氧化物可均匀分散于高比表面的介孔γ-氧化铝中。该材料更适于涂覆，制备的MENS甲烷催化燃烧传感器。所得传感器对甲烷的响应时间短（T90 < 9s），响应信号与甲烷浓度线性关系好，信噪比高，抗中毒性良好。10%LEL甲烷浓度相应信号达3 mv，100ppm H2S毒化后可立即恢复原有信号强度.达到项目所列相关要求及应用要求。.对于Pd-Pt/Al2O3催化剂体系，采用微乳液法可获得常规方法难以获得的高比表面薄膜材料。制成传感器后同样可获得响应时间短（T90< 9s），高信号输出（4mv/10%LEL）,且具有良好的线性和抗中毒性能的甲烷MEMS催化燃烧传感器。.项目共计发表SCI论文5篇（IF>5的3篇）申请发明专利2项（授权1项），培养研究生（博士、硕士）共计4名。