本发明属于室温气体传感材料，具体涉及一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法和应用。
背景技术：
1、二氧化氮(no2)是一种有毒有害的大气污染物，不仅腐蚀工业生产设备，缩短其使用寿命，还可能引发严重的呼吸系统疾病。no2在环境中常与其他气体共存，这些气体分子极易与气体传感材料表面产生相互作用，影响传感器的选择性。有效的环境监测和健康保护首先需要高效而便捷的检测手段及检测设备，因此，开发能在室温条件下高选择性高灵敏度的no2气体传感器具有重要的实用意义。
2、气体传感器作为智能传感器的一种，在智能传感领域扮演着重要角色，化学电阻式气体传感器以低功耗、低成本和高灵敏度的有害气体检测推动了气体传感领域的创新发展。现有的气体传感主要通过化学吸附和物理吸附两种形式来检测气体，化学吸附通过形成共价键来增强传感响应和选择性，但这种结合方式可能导致不可逆的化学变化；物理吸附虽适用于实时监测但存在稳定性不足和缺乏选择性的问题。因此，探索高选择性和高灵敏度兼容的气体传感材料具有重要的应用价值。
3、金属有机骨架材料(mofs)因其独特的结构特点和功能性，在气体传感领域展现出巨大的应用潜力。mofs纳米材料的结构多样性和大比表面积为气体分子提供了大量的吸附位点，这有助于提高传感器的灵敏度和选择性。通过调控mofs纳米材料的孔径和几何形状，可以实现对特定气体分子的选择性吸附，从而增强传感器的特异性。尽管mofs纳米材料在气体传感方面具有巨大的潜力，但mofs纳米材料化学稳定性、热稳定性和机械稳定性相对较差，导致其在实际应用中仍面临挑战。此外，mofs纳米材料的合成成本较高，合成过程复杂，易堆积且孔径较小可能导致气体传质阻力较大，限制了传感效率。鉴于此，极大地阻碍了mofs纳米材料在气体传感器领域的实际应用。
技术实现思路
1、本发明的目的是要解决现有mofs纳米材料的合成成本较高，合成过程复杂，易堆积且孔径较小可能导致气体传质阻力较大，限制了传感效率的问题，而提供一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法和应用。
2、本发明提供一种基于主客体耦合构建策略的具有特殊分级多孔结构的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法及其应用。本发明制备条件要求低、操作简单、能耗低、对环境友好，所得气体传感材料两组分间具有紧密的界面结合，具有优良的室温no2气体传感性能及稳定性，且复合材料的物相和形貌结构易于调控，为高效的室温no2气体传感材料的开发应用提供重要的技术支持。
3、一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
4、一、制备多孔薄层管状结构的梧桐絮多孔炭：
5、①、对收集的梧桐絮进行清洗，再烘干，得到预处理后的梧桐絮；
6、②、将预处理后的梧桐絮浸泡在naoh溶液中，室温搅拌一段时间，然后静置浸渍一段时间，再干燥，最后在炭化气氛下升温至煅烧温度，在煅烧温度下煅烧一段时间，得到反应产物；
7、③、对反应产物进行洗涤，再干燥，得到多孔薄层管状结构的梧桐絮多孔炭；
8、二、制备cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料：
9、①、将铜盐溶解到去离子水中，得到溶液ⅰ；
10、②、将有机配体和聚乙烯吡咯烷酮加入到n,n-二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合液中，先超声处理，再磁力搅拌，得到溶液ⅱ；
11、③、将溶液ⅰ和溶液ⅱ混合，得到混合溶液；将多孔薄层管状结构的梧桐絮多孔炭浸入到混合溶液中，静置一段时间，再转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，再在80℃～120℃下加热10h～12h，冷却至室温，洗涤，再离心，收集离心后的沉淀物，最后干燥，得到cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料。
12、一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料用于制备气敏元件。
13、本发明的原理：
14、本发明提供一种简单的溶剂热的方法，制备一种生物质炭锚定cu-btc的复合材料及其在室温条件下对no2气体传感的应用；本发明通过简单的方法制备cu-btc材料，以解决mof基材料尺寸可控性的问题；本发明提供一种简单的热处理方法，以梧桐絮为原料制备一种多孔管状生物质炭，以解决生物质炭大量微孔阻碍气体分子扩散的问题；本发明通过客体生物质炭锚定主体cu-btc的复合材料，对cu-btc材料加以支撑和分散，获得具有较大比表面积和丰富活性位点的气体传感材料，增加了待测气体与传感材料的接触，缩短载流子的传输路径，提高气体传感的灵敏度和选择性。
15、本发明具有以下有益效果：
16、(1)、本发明提供的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料具有生物质形态的多孔分级纳米管状结构，多孔分级纳米结构能够有效降低工作温度，获得更高的no2气体灵敏度和响应速度；
17、(2)、本发明提供的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料中cu-btc为有机金属骨架纳米材料，形成由正六面体的金属骨架材料结构，xrd衍射峰细高说明材料的结晶度较好，因此增加了其抗外界环境的干扰能力，使得其性能稳定；
18、(3)、本发明提供的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料和纯cu-btc作为气体传感材料用于检测空气中的no2气体，不需要加热系统，在室温下即可检测，工作温度低，操作条件温和；
19、(4)、本发明提供的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料作为气体传感材料用于检测空气中的no2气体，可以在室温即20℃～35℃、湿度为20％～50％的条件下操作，在此条件下，该复合材料对浓度为50ppm的no2气体的灵敏度高达39.54，对浓度低至0.03ppm的no2气体的灵敏度为1.27，气敏传感性能优异；敏感膜从注入50ppm到1ppm时no2气体时电阻开始变化到其电阻完全稳定所用的时间均小于20s，响应速度快，且在无外界作用下，吸附可逆性好，使用方法简单；
20、(5)、本发明提供的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法操作简单，成本低廉，便于推广。
1.一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
2.根据权利要求1所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于步骤一①中使用无水乙醇对收集的梧桐絮进行清洗2次～4次，再60℃～80℃下干燥10h～12h；步骤一②中所述的naoh溶液的浓度为0.5mol/l～3mol/l；步骤一②中将预处理后的梧桐絮浸泡在naoh溶液中，室温搅拌1h～2h，然后静置浸渍8h～10h，再在60℃～80℃下干燥10h～12h。
3.根据权利要求1所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于步骤一②中所述的炭化气氛为空气、氮气或氩气；步骤一②中在炭化气氛下以5℃/min～10℃/min的升温速率从室温升温至300℃～450℃，在300℃～450℃下煅烧30min～240min；步骤一③中使用去离子水对反应产物进行洗涤至中性，再60℃～80℃下干燥10h～12h，得到多孔薄层管状结构的梧桐絮多孔炭。
4.根据权利要求1所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于步骤二①中所述的铜盐为硝酸铜或硫酸铜；步骤二①中所述的铜盐的质量与去离子水的体积比为(2.5g～4.5g):30ml。
5.根据权利要求1所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的有机配体为1,4-苯二甲酸、1,3,5-苯三甲酸或1,2-二甲基咪唑；步骤二②中所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量为58000、24000或1300000；步骤二②中所述的n,n-二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合液中n,n-二甲基甲酰胺和无水乙醇的体积比为(20～50):(20～50)。
6.根据权利要求1所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于步骤二②中所述的有机配体、聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合液的质量体积比为(1g～2g):(1g～2g):60ml；步骤二②中所述的超声处理的时间为5min～10min，磁力搅拌的时间为15min～60min，磁力搅拌的速度为500r/min～800r/min。
7.根据权利要求1所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的制备方法，其特征在于步骤二③中所述的溶液ⅰ和溶液ⅱ的体积比为1:2；步骤二③中所述的静置的时间为10h～12h；步骤二③中所述的洗涤为依次使用去离子水和无水乙醇洗涤2次～4次；步骤二③中所述的干燥的温度为60℃～80℃，干燥的时间为5h～10h。
8.如权利要求1所述的制备方法制备的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的应用，其特征在于一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料用于制备气敏元件。
9.根据权利要求8所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的应用，其特征在于一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料用于制备气敏元件具体是按以下步骤完成的：将cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料加入到无水乙醇中，超声分散，得到分散均匀的悬浊液；将分散均匀的悬浊液旋涂在au叉指电极上，在室温下晾干，得到气敏元件；所述的cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的质量与无水乙醇的体积比为(0.01g～0.05g):(0.3ml～1.0ml)；分散均匀的悬浊液的体积与au叉指电极的表面积比为(0.03ml～0.15ml):0.25cm2。
10.根据权利要求8或9所述的一种cu-btc/梧桐絮生物质炭复合材料的应用，其特征在于所述的气敏元件在室温下用于检测空气中低浓度的no2气体，检测下限低至30ppb。
