CN103728359A

CN103728359A - 一种NOx传感器及其制备方法

Info

Publication number: CN103728359A
Application number: CN201410025561.7A
Authority: CN
Inventors: 冯涛; 蒋丹宇; 徐兵; 徐权; 夏金峰; 粘洪强; 黄德信; 徐海芳
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了一种NO_x传感器及其制备方法。所述的NO_x传感器包括氧化铝加热体以及设置在所述氧化铝加热体上的氧化锆基片，在所述氧化锆基片的表面上设有两个铂电极，在其中一个铂电极上设有NO_x敏感电极。该传感器的制备是首先将氧化锆基片粘贴在氧化铝加热体上，然后在氧化锆基片的表面印刷上两个Pt电极，在1350～1500℃下共烧2～4小时，再在其中的一个Pt电极上印刷上NO_x敏感电极，在500～700℃下煅烧2～4小时。本发明通过设置对NO_x具有高选择性的敏感电极，通过直接测定尾气中NO_x产生的电动势，就可得出NO_x的浓度，对低浓度NO_x的测试具有高灵敏度。

Description

一种NOx传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种NO_x传感器及其制备方法。

背景技术

随着我国城镇化进程的加速，石化燃料消耗迅速增加，很多的有毒、有害的气体被释放到大气中污染环境，其中最典型的一类，就是NO_x气体，它不仅会导致光化学烟雾以及酸雨、破坏臭氧层，还会对人类的呼吸系统产生危害，出现脱发、喉咙发炎、视力受损、呼吸系统抵抗力下降等症状。因此氮氧化物减排被列为环境保护的要求之一。研究表明，75%的NO_x气体是由汽车排放产生的，这其中大约一半是由非道路运输的车辆产生的，如工程机械、农业机械等，同时这些机械的寿命要远远大于道路运输车辆，对这些机械车辆降低NO_x的排放就变得更加有效了。因此人们投入了很大的精力和财力来降低这种气体的产生并通过更为严厉的法规来限制这类气体的排放，例如美国2000年12月的法规规定了2007年及以后的载重车辆NO_x的排放必须在0.20g/bhp。在日本，规定了NO_x的排放标准在0.25g/km。欧洲也规定了类似的标准。我国在国四标准中也规定了NO_x的排放标准。

在汽车行业中降低NO_x的方法主要有两种，NO_x气体捕获以及NO_x还原。但是无论哪种方法，准确的测定NO_x的浓度是首先要解决的问题。

NO_x的检测方法有很多种，如共振电离光谱法、傅立叶转换红外光谱法、气相色谱/质谱法、化学发光分析等，这些方法可以很精确的测定NO_x的浓度，但是也有很多的缺点，如不能在线测试，测试设备体积庞大等，这些缺点导致上述方法均不能应用于汽车尾气的处理。

现在市场上的NO_x传感器是基于氧化锆基的电化学电流测试方法，采用6层氧化锆基片叠层共烧而成，中间加入了加热体、测试电极、氧泵电极等，它首先通过降低汽车尾气中的O₂的含量，将尾气中O₂含量降到了很低的程度（10^-3 _ppm），使NO_x气体在测试电极表面分解成N₂和O₂气体，通过测定O₂气体产生的电流强度，测试NO_x的浓度。这种装置的优点在于可以在线测试NO_x的浓度，体积小，安装方便，但是它的缺点也是很明显的，首先在NO_x的浓度很低的时候，分解得到的O₂气体的浓度也很低，产生的电流就很小，在分析很小的电流的时候，后续处理电路的成本就增加了，在不增加电路成本的情况下，只有降低测试的灵敏度了，也就是说，这种装置很难测试较低的NO_x浓度；其次制备工艺复杂，有很多的制备步骤，这些步骤中的任何一步失误的话都会导致前功尽弃。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种氧化锆基NO_x传感器及其制备方法，以提高NO_x传感器的测试灵敏度。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种NO_x传感器，包括：氧化铝加热体以及设置在所述氧化铝加热体上的氧化锆基片，其特征在于：在所述氧化锆基片的表面上设有两个铂电极，在其中一个所述的铂电极上设有NO_x敏感电极。

作为优选方案，所述NO_x敏感电极采用由过渡金属的氧化物修饰的介孔氧化锆材料。

作为进一步优选方案，所述的由过渡金属的氧化物修饰的介孔氧化锆材料采用如下方法制备而得：首先将介孔氧化锆材料在过渡金属的酸式盐水溶液中浸渍1～4小时，然后取出烘干，再在500～600℃下煅烧2小时；重复上述操作2～3次。

作为更进一步优选方案，所述过渡金属的酸式盐为过渡金属的硝酸盐或硫酸盐。

作为进一步优选方案，所述过渡金属的氧化物选自Cr₂O₃、Cu₂O、Fe₂O₃、NiO、ZnO和SnO中的一种。

一种制备本发明所述的NO_x传感器的方法，包括如下步骤：

a)将氧化锆基片粘贴在氧化铝加热体上；

b)在氧化锆基片的表面印刷上两个Pt电极后，在1350～1500℃下共烧2～4小时，得到带有电极的氧化锆基片；

c)在其中的一个Pt电极上印刷上NO_x敏感电极，然后在500～700℃下煅烧2～4小时，即得到所述的NO_x传感器。

作为优选方案，所述的氧化铝加热体包括两块铝基板以及嵌设在两块铝基板之间的铂电极。

与现有技术相比，本发明提供的NOx传感器采用3层叠层共烧方式制备得到，中间一层为参比气体通道，其内电极材料是Pt，外电极包括一层Pt电极以及覆盖在Pt电极上由过渡金属修饰的介孔氧化锆材料形成的NO_x敏感电极。由于敏感电极对于NOx具有高选择性，因此，本发明通过设置对NOx具有高选择性的敏感电极，通过直接测定尾气中NOx产生的电动势，就可得出NO_x的浓度，对低浓度NO_x的测试具有高灵敏度。

附图说明

图1为本发明提供的NO_x传感器的结构示意图；

图2为本发明所述NO_x传感器中的氧化铝加热体的结构示意图；

图3为本发明提供的NO_x传感器对不同浓度NO₂的响应曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一、以十六烷基三甲基溴化铵为模版剂，利用水热合成工艺，合成介孔氧化锆材料，（具体合成方法参见：“高比表面积有序多孔氧化锆的合成与表征”，《无机材料学报》2000.6），将合成的介孔氧化锆材料浸入Cr(NO₃)₃水溶液1～4小时，然后烘干，在500～600℃下煅烧2小时；重复上述操作2～3次，得到由Cr₂O₃修饰的介孔氧化锆材料；

二、将流延成型的氧化锆基片经过剪裁后粘贴在氧化铝加热体上，然后在氧化锆基片的表面上印刷上两个Pt电极，再在1350～1500℃下共烧2～4小时，得到带有电极的氧化锆基片；

三、在其中的一个Pt电极上印刷由Cr₂O₃修饰的介孔氧化锆材料形成的NO_x敏感电极，然后在500～700℃下煅烧2～4小时，即得到NO_x传感器。

本发明所制备的NO_x传感器的结构如图1所示：氧化铝加热体1上粘贴有氧化锆基片2，氧化锆基片2的表面上设有两个铂电极3，在其中一个所述的铂电极3上设有NO_x敏感电极4；其中的氧化铝加热体1的结构如图2所示：在两块氧化铝基板11之间嵌设有铂电极12。

对不同浓度NO₂的响应实验：在5v/v%的氧气和95v/v%的氮气的混合气体中，分别加入以混合气体总体积为标准计的100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm的二氧化氮气体，然后采用本发明提供的NO_x传感器分别测试在各种二氧化氮气体含量下对二氧化氮的响应程度，其测试结果如图3所示，由图3可见：随着NO₂浓度的增加，产生的电动势随之增加，进一步说明本发明所述的NOx传感器对NOx浓度具有高灵敏度。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种NO_x传感器，包括：氧化铝加热体以及设置在所述氧化铝加热体上的氧化锆基片，其特征在于：所述氧化锆基片的表面上设有两个铂电极，在其中一个所述的铂电极上设有NO_x敏感电极。

2.如权利要求1所述的NO_x传感器，其特征在于：所述NO_x敏感电极采用由过渡金属的氧化物修饰的介孔氧化锆材料。

3.如权利要求2所述的NO_x传感器，其特征在于，所述的由过渡金属的氧化物修饰的介孔氧化锆材料采用如下方法制备而得：首先将介孔氧化锆材料在过渡金属的酸式盐水溶液中浸渍1～4小时，然后取出烘干，再在500～600℃下煅烧2小时；重复上述操作2～3次。

4.如权利要求3所述的NO_x传感器，其特征在于：所述过渡金属的酸式盐为过渡金属的硝酸盐或硫酸盐。

5.如权利要求2或3所述的NO_x传感器，其特征在于：所述过渡金属的氧化物选自Cr₂O₃、Cu₂O、Fe₂O₃、NiO、ZnO和SnO中的一种。

6.一种制备权利要求1所述的NO_x传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将氧化锆基片粘贴在氧化铝加热体上；

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的氧化铝加热体包括两块铝基板以及嵌设在两块铝基板之间的铂电极。