本发明属于传感器，具体涉及一种基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器及其制备方法。
背景技术：
1、氢气是一种产物无污染的二次能源，燃烧热值高，来源广泛，享有“人类未来能源”的美誉。随着制氢技术、储氢技术以及氢燃料电池的蓬勃发展，氢能源的大范围使用成为全世界迫切追求的目标。氢气因其可再生，密度低、燃烧热值高等特点，被广泛应用于能源材料，化工生产、核电站、航天工业和医疗等领域。然而，因氢气具有无色、无味，可燃范围宽(4％～75％)，点火能低等特点，氢气具有易燃易爆的特性，是一种极其危险的气体，在氢气存储以及使用过程中存在巨大的安全隐患。因此，对低浓度氢气的检测具有重要的意义。
2、在众多氢气传感材料中，钯薄膜凭借成熟的制备工艺，稳定的氢敏性能，在氢气传感器中得到广泛的应用。然而，在高浓度氢气环境中，大量氢原子会进入钯晶格会导致严重的晶格膨胀和畸变，从而导致传感器严重的电阻滞后行为或者失效。为了抑制相变引起的钯薄膜氢气传感器的不可逆损伤，通常会用钯合金薄膜替代纯钯薄膜作为氢敏材料，其中，pdni合金因其耐用性和快速响应而备受关注。文献“a ppb-level hydrogen sensorbasedon activated pd nanoparticles loaded on oxidized nickel foam”选的衬底为泡沫nio(jiawei tian,hongchuan jiang,xiaohui zhao,et al.a ppb-level hydrogensensorbased on activated pd nanoparticles loaded on oxidizednickel foam[j].sensors andactuators b:chemical,2021.)，文献“hydrogen sensor ofpd-decoratedtubular tio2 layer preparedby anodization withpatterned electrodeson sio2/si substrate”选的衬底为sio2/si(jongyun moona,hannu-pekka hedmana,mariannakemell,et al.hydrogen sensor ofpd-decorated tubular tio2layerpreparedby anodization withpatterned electrodes on sio2/si substrate[j].sensors and actuators b:chemical,2016,190-197.)，文献“effects ofsurfacemodification ofnoble-metal sensing electrodes with au on the hydrogen-sensingproperties ofdiode-type gas sensors employing an anodized titaniafilm”选的衬底为tio2，虽然都获得了更大的比表面积，在传感方面表现出更好的性能，但其普遍具有工作温度高，工艺复杂的缺点。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出了一种基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器及其制备方法，采用磁控溅射的方法，在多孔pt表面生长一层pd纳米薄膜，具有制备简单，低响应浓度，室温检测的优点。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
3、基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器，包括依次设置的导电玻璃fto、衬底层和气敏层，所述衬底层为多孔pt衬底，所述气敏层为pd纳米薄膜。
4、所述多孔pt衬底的平均孔径大小为50nm～500nm
5、所述多孔pt衬底的厚度为500nm～1500nm。
6、所述气敏层pd薄膜的厚度为20nm～200nm。
7、基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器的制备方法，包含以下步骤：
8、步骤1，在导电玻璃fto上制备多孔pt衬底；
9、步骤2，在步骤1得到的多孔pt衬底上制备pd纳米薄膜层，得到基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器。
10、所述步骤1的具体过程为：
11、步骤1.1，将fto依次用玻璃清洗剂，酒精，去离子水处理；
12、步骤1.2，按体积比计，c6h7n:h2so4＝(0.07ml-0.3ml):(0.5ml-1.5ml)，将c6h7n和h2so4配置成混合溶液a；将步骤1.1预处理的fto置于混合溶液a中，通过循环伏安法，在-0.5～0.9v间以10～200mv/s的速率扫描30～60圈，沉积一层聚苯胺薄膜，得到pani/fto；
13、步骤1.3，将0.08g～0.4g的h2ptcl6和0.11ml～1.65ml的h2so4加入100ml去离子水中，制备成混合溶液b；把步骤1.2得到的pani/fto置于混合溶液b中，在-0.7～0v的恒电压下沉积0.5×10-1～5×10-1c的pt，得到pt/pani/fto；
14、步骤1.4，将步骤1.3得到的pt/pani/fto置于hno3中浸泡10～40min，选择性的溶解掉pani，制得多孔pt层。
15、所述步骤2的具体过程为：
16、步骤2.1，将步骤1得到的多孔pt衬底固定在磁控溅射镀膜机基板上，将磁控溅射镀膜机腔室抽真空至6×10-4～1.5×10-3pa的基础压力，调节磁控溅射镀膜机腔室内的气压，在惰性气体氛围下调节压力达到0.1～0.5pa；
17、步骤2.2，将pd靶材在0.1～0.5pa的压力下预溅射2～10min，以去除靶材上存在的表面杂质；
18、步骤2.3，在室温以30～90w的溅射功率生长30～200s，在150～300摄氏度下退火0.5～2h，得到pd纳米薄膜层。
19、所述步骤1.2中，c6h7n的质量浓度为99.5％以上，h2so4的质量浓度为95～98％，所述步骤1.3中h2so4的质量浓度为98％以上，所述步骤1.4中hno3的质量浓度为21％～68％。
20、所述步骤2.1中的惰性气体，优选氮气或氩气。
21、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
22、(1)本发明通过在fto上沉积一层pani，然后在pani上电沉积pt，最后用hno3选择性溶解pani的方法制备了多孔pt薄膜，相比较于常规电沉积的pt，多孔pt表现出更好的催化性能，同时多孔pt提供了巨大的比表面积，有利于pd纳米颗粒的附着和与氢气的充分接触，同时为pd纳米颗粒在高浓度氢气环境中的形变提供了足够空间。
23、(2)本发明的气体感应层通过磁控溅射的方法在多孔pt衬底制备pd薄膜，pd、pt双金属的协同作用，使得氢气传感器的具有了可以在室温下工作以及更宽的探测范围，同时兼具更好的稳定性。
24、(3)本发明采用的衬底为选择性刻蚀pani而制备的多孔pt结构，这种多孔结构有利于气体快速输运，有利于响应过程中气体分子与敏感材料的快速结合，同时多孔pt的多孔结构为为pd纳米颗粒提供了一个特有的纳米空间，纳米空间为pd纳米颗粒的分散、附着和生长提供了足够的位点，并为氢气与钯纳米颗粒接触提供了大量的空间和机会，同时还为pd纳米颗粒响应时的形貌变化提供了充足的变形空间，有利于pd纳米颗粒在接触到氢气之后，晶格空间产生的迅速变化。纳米颗粒在膨胀后发生连接，体现为电阻的迅速变化以及响应电流快速的变化，同时充足的变形空间也可以有效避免高浓度氢气导致的传感器失效。
25、综上，本发明采用磁控溅射的方法，在多孔pt表面生长一层pd纳米薄膜，具有制备简单，低响应浓度，室温检测的优点，解决了现有技术中工作温度高，工艺复杂的缺点。
1.基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器，其特征在于，包括依次设置的导电玻璃fto、衬底层和气敏层，所述衬底层为多孔pt衬底，所述气敏层为pd纳米薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器，其特征在于，所述多孔pt衬底的平均孔径大小为50nm～500nm。
3.根据权利要求1或2所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器，其特征在于，所述多孔pt衬底的厚度为500nm～1500nm。
4.根据权利要求1所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器，其特征在于，所述气敏层pd薄膜的厚度为20nm～200nm。
5.基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：
7.根据权利要求5所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：
8.根据权利要求6所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器的制备方法，其特征在于，步骤1.2中，c6h7n的质量浓度为99.5％以上，h2so4的质量浓度为95～98％；步骤1.3中h2so4的质量浓度为98％以上；步骤1.4中hno3的质量浓度为21％～68％。
9.根据权利要求7所述的基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2.1中的惰性气体，优选氮气或氩气。
10.基于多孔pt衬底的pd纳米薄膜氢气传感器，其特征在于，包括依次设置的导电玻璃fto、衬底层和气敏层，所述衬底层为多孔pt衬底，平均孔径大小为300nm，厚度为1100nm，所述气敏层为pd纳米薄膜，厚度为120nm；
