CN110741247A - 改进的电化学传感器和用于通过调节电压来降低交叉敏感性以检测甲醛的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种电化学甲醛传感器（10）和一种检测甲醛的方法。电化学甲醛传感器（10）可以包括壳体（12）；布置在壳体（12）内的电解质；以及与所述壳体（12）内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极（24），所述工作电极（24）包含铱并且相对于可逆氢电极被施加大约0.9V和1V之间的电势；以及对电极（16）。其中该传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约25％。
Description
相关申请的交叉引用
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对缩微胶片附录的引用
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背景技术
电化学气体传感器通常包括与电解质接触的用于检测气体浓度的电极。电极通过耦合到连接器引脚的引线电耦合到外部电路。当气体接触电解质和电极时，可发生反应，从而可以在电极之间产生电势差和/或使电流在电极之间流动。所产生的信号可以与环境中的气体浓度相关。
在监视各种气体的存在时，可以存在其他气体，这些气体也可以在传感器内发生反应。例如，工作电极可以包括可以催化目标气体和干扰气体两者的反应的催化剂。作为结果，干扰气体的存在可能在传感器中产生交叉敏感性，从而导致如下虚假印象：比实际存在的更大水平的目标气体存在于环境气体中。由于各种目标气体的存在所呈现的危险，用于触发警报的阈值水平可能相对低，并且由于干扰的存在而导致的交叉敏感性可能足够高从而产生目标气体传感器的假警报（例如正误识）。在干扰气体不危险的情况下可能尤其如此（这意味着即使暴露在低水平（或甚至没有）实际有危险的气体的情况下，传感器也可能触发警报）。
发明内容
在实施例中，电化学甲醛传感器可以包括壳体；布置在壳体内的电解质；以及与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极和对电极，其中，所述工作电极包括铱，并且其中，所述工作电极相对于可逆氢电极被偏置到相当于小于约1.1伏（V）的电势。
在实施例中，一种检测甲醛的方法可以包括将环境气体接收到甲醛传感器的壳体中，其中该环境气体至少包括甲醛，其中该甲醛传感器包括与壳体内的电解质接触的多个电极，其中，该多个电极包括工作电极和对电极；向工作电极施加相对于可逆氢电极的相当于小于约1.1 V的电势；使环境气体与工作电极接触，其中工作电极包括铱材料；允许环境气体扩散通过工作电极以接触电解质；响应于环境气体与工作电极第二表面处的电解质之间的反应，在多孔工作电极与对电极之间产生电流；基于该电流确定环境气体中甲醛的浓度。
在实施例中，电化学甲醛传感器可以包括壳体；布置在壳体内的电解质；以及与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极，所述工作电极包含铱并且相对于可逆氢电极被施加的电势在大约0.9V至1V之间；以及对电极，其中该传感器对醇的交叉敏感性比对甲醛的敏感性小约25％。
附图说明
为了更加完整地理解本公开，现在对结合附图和详细描述进行的以下简要描述进行参考，其中相同的参考数字表示相同的部分。
图1图示了根据本公开的实施例的电化学传感器的横截面图。
图2图示了在本文所述的条件下传感器对暴露于1ppm甲醛然后暴露于3.5ppm甲醛的响应。
具体实施方式
应该一开始就理解，虽然下面说明了一个或多个实施例的说明性实现，但是可以使用任何数目的技术来实施所公开的***和方法，无论是当前已知的还是尚未存在的。本公开绝不应被限制为下面所说明的说明性实现方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求的范围连同它们的等同物的整个范围内被修改。
遍及本申请，术语的以下简明定义将适用：
术语“包括”意指包括但不限于，并且应该以它在专利上下文中通常使用的方式来解释；
短语“在一个实施例中”、“根据一个实施例”等等通常意指跟在该短语后面的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中，并且可以被包括在本发明的多于一个的实施例中（重要的是，此类短语不一定指的是相同的实施例）；
如果说明书将某事物描述为“示例性”或“示例”，则应该理解它指的是非排他性示例；
术语“约”或者“近似”等当与数字一起使用时可以意味着特定数字或者替代地接近于特定数字的范围，如本领域技术人员所理解的那样；以及
如果说明书声明“可”、“能够”、“可以”、“应该”、“将”、“优选地”、“可能地”、“通常地”、“可选地”、“例如”、“经常”或“可能”（或其他此类语言）包括一部件或特征或具有特性，则特定部件或特征不要求被包括或不要求具有该特性。此类部件或特征可以可选地被包括在某些实施例中，或者它可以被排除。
本公开的实施例包括用于检测甲醛和增加电化学传感器对甲醛的敏感性和/或降低电化学传感器对其他（干扰）气体的交叉敏感性的***和方法。换句话说，实施例可以通过在甲醛检测期间使这种干扰气体的影响最小化来帮助减少正误识警报和/或不准确的读数。
美国专利号4,692,220描述了一种使用电化学传感器检测甲醛同时降低对一氧化碳的交叉敏感性的方法和***。然而，所描述的***将工作电极相对于可逆氢电极保持在约1.1V至1.5V之间的固定电势，并且所描述的***具有对醇（例如异丙醇）的显著交叉敏感性的缺点。
作为改变电化学传感器的交叉敏感性的一种新颖方式，公开的实施例包括一种电化学传感器，其包括至少一个铱电极，该至少一个铱电极具有施加到至少一个电极上的电势（例如，小于约1.1伏），其中该电化学传感器可以被配置为在具有对醇的降低的交叉敏感性的情况下检测甲醛。
特别是在具有增加的构造的区域中存在对低水平甲醛检测的需求。甲醛是一种常见的有毒气体，长期暴露期间证明是有害的。由于所需的检测水平较低，因此甲醛传感器可能对来自自然存在的较高浓度的（干扰）气体（诸如醇，CO等）的交叉敏感性高度敏感。使用向至少一个电极施加电势（通常小于约1.1 V，例如0.9V至1V）的铱电极***，即使在低浓度（例如1ppm）下和/或在存在（一种或多种）干扰气体的情况下也可能产生对甲醛的敏感而稳定的响应。例如，对CO的交叉敏感性可以小于约1％，以及对醇的交叉敏感性可以小于约25％。另外，使用铱电极***的传感器可能比典型的低水平甲醛传感器便宜得多。
图1是电化学传感器10的横截面示图。传感器10通常包括定义腔或储存器14的壳体12，腔或储存器14被设计为保存电解质溶液。可以将工作电极24放置在开口28和储存器14之间。对电极16和参考电极20可以位于储存器14内。当气体在储存器14内（在感测电极24和电解质之间的界面处）反应时，可以在电极之间产生电流和/或电势以提供气体浓度的指示。参考电极20还可位于储存器14内以便为在工作电极24和对电极16之间检测到的电流和电势提供参考。参考电极20还可被配置为相对于诸如可逆氢电极的标准参考电极为工作电极24的电势提供参考。
图1图示了用于电化学传感器10的“堆叠”配置的示例。本文公开的实施例还可以应用于其他传感器配置，例如平面配置和/或其他堆叠配置。
壳体12定义内部储存器14，并且一个或多个开口28可以被设置在壳体中以允许待检测气体进入壳体12到气体空间26中。换句话说，（一个或多个）开口28提供气体空间26与外部环境（例如，要在其中检测甲醛的环境）之间的连接。壳体12通常可以由对电解质和正被测量的气体而言基本上惰性的任何材料形成。在实施例中，壳体12可以由聚合材料、金属或陶瓷形成。例如，壳体可以由包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS），聚苯醚（PPO），聚苯乙烯（PS），聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）（例如，高密度聚乙烯（HDPE）），聚苯醚（PPE）或其任何组合或共混物的材料形成。
可以穿过壳体12形成一个或多个开口28，以允许环境气体进入气体空间26和/或允许壳体12内产生的任何气体逸出。在实施例中，电化学传感器10可包括至少一个入口28，以允许环境气体进入壳体12。当存在盖时，开口28可以布置在盖中和/或壳体12的壁中。在一些实施例中，开口28可以包括扩散屏障，以限制气体（例如，一氧化碳，甲醛等）向工作电极24的流动。可以通过将开口28形成为毛细管和/或可以使用薄膜或膜来控制通过一个或多个开口28的质量流率来产生扩散屏障。
在实施例中，开口28可以用作毛细管开口，以在壳体12的内部和外部之间提供速率受限的气体交换。在实施例中，开口28可具有约200μ米到约1.5mm的直径，其中开口28可以使用用于较大的开口的常规钻和用于较小开口的激光钻来形成该开口28。在另一个实施例中，开口28可以更大得多，其中开口28可以包括长达壳体12的总直径的任何直径。取决于盖或壳体12的厚度，开口28的长度可以在约0.5mm与约5mm之间。在一些实施例中，可以存在两个或更多个用于进气的开口。当使用膜控制气体流入和/或流出壳体时，开口直径可能会大于上面列出的尺寸，因为薄膜可能有助于和/或可以负责控制气体进出壳体12的流率。
在图1中，储存器14包括对电极16，参考电极20和工作电极24。在一些实施例中，电解质可以被包含在储存器14内，并且对电极16、参考电极20和工作电极24可以通过电解质电气接触。在一些实施例中，可使用一个或多个多孔隔离器18、22或其他多孔结构来保持电解质与电极接触。隔离器18、22可以包括多孔构件，该多孔构件用作用于在储存器14和电极之间保持和输送电解质的芯（wick），同时该芯是电绝缘的，以防止由于任何两个电极之间的直接接触而引起的短路。多孔隔离器18、22中的一个或多个可以延伸到储存器14中以向电解质提供到达电极的路径。在实施例中，隔离器18可以被设置在对电极16和参考电极20之间，并且隔离器22可以被设置在参考电极20和工作电极24之间。
隔离器18、22中的一个或多个可包括非织造多孔材料（例如，多孔毡构件），织造多孔材料，多孔聚合物（例如，开孔泡沫，固体多孔塑料等），等等，并且对于电解质和形成电极的材料通常是化学惰性的。在实施例中，隔离器18、22可以由对电解质基本上化学惰性的各种材料形成，包括但不限于玻璃（例如，玻璃垫），聚合物（塑料盘），陶瓷等。
电解质可以是任何常规水酸性电解质（诸如，硫酸、磷酸）或中性离子溶液（诸如，盐溶液（例如，锂盐，诸如氯化锂等））或其任何组合。例如，电解质可包含摩尔浓度在约3M至约12M之间的硫酸。由于硫酸是吸湿的，所以在约3％到约95％的环境相对湿度（RH）范围下浓度可在约10至约70重量％（1至11.5摩尔）之间变化。在实施例中，电解质可包含磷酸，其具有在水溶液中的约30％至约60％之间的H3PO4浓度（按重量）。作为另一示例，电解质可以包括氯化锂盐，其具有约30%到约60%的氯化锂（LiCl）（按重量），剩下部分是水溶液。
在一些实施例中，电解质可具有固体聚合物电解质的形式，该固体聚合物电解质包括离子交换膜。在一些实施例中，电解质可以具有设置在基质或浆料（诸如，玻璃纤维（例如，隔离器18、隔离器22等））中的自由液体的形式，或可以被设置为半固体或固体凝胶的形式。
工作电极24可被设置在壳体12内。进入传感器10的气体可以接触工作电极24的一侧，并且穿过工作电极24以到达工作电极24和电解质之间的界面。然后气体可以发生反应以产生指示气体浓度的电流。如这里所公开的，工作电极24可以包括多个层。基础层或基底层可以包括疏水材料或经疏水处理的材料。催化材料可以在工作电极24的一侧上形成为电极，并放置为与电解质接触。
在实施例中，工作电极24可以包括多孔基底或膜作为基础层。基底对于感兴趣的气体（其可以包括甲醛）可以是多孔的。在实施例中，基底可以包括由碳或石墨纤维形成的碳纸。在一些实施例中，可以通过添加诸如碳的导电材料来使基底导电。碳的使用可提供足够程度的导电率以允许由耦合到工作电极24的引线检测到在工作电极24的表面处通过气体与电解质的反应而产生的电流。也可使用其它导电基底，诸如碳毡、多孔碳板和/或导电聚合物（诸如，聚乙炔），可使上述每种材料均是疏水的，如下所述。备选地，可以将导电引线耦合至催化层以将催化材料电耦合至外部电路，如本文中更详细描述的。在实施例中，基底的厚度在一些实施例中可以在约5 密耳到约20 密耳之间。
多孔基底可以是疏水的以防止电解质穿过工作电极24。基底可以由疏水材料形成，或者可以利用疏水材料处理基底。在实施例中，通过利用疏水材料（诸如，氟化聚合物（例如，聚四氟乙烯（PTFE）等））浸渍基底，可以使基底是疏水的。在一些实施例中，基底或膜可包含GEFC-IES（例如，全氟磺酸和PTFE的共聚物，其可从Golden Energy Fuel Cell有限责任公司商购），Nafion®（聚四氟乙烯和全氟-3,6-二氧杂-4-甲基-7-辛烯磺酸的共聚物，其可以从DupontTM商购），或者是纯的或接近纯的聚四氟乙烯（PTFE）。浸渍过程可以包括：使用浸入、涂覆或滚压过程在基底上设置包含溶液或浆料的疏水材料。替代地，干燥成分（诸如，粉末）可以被应用于基底。在一些实施例中，可选的烧结过程可以被用于将疏水材料灌输到基底中以便产生用于工作电极24的疏水基础层，其中疏水基础层的两侧都是疏水的。烧结过程可以使疏水聚合物与基底的碳结合或熔合以将疏水材料牢固地结合到基底。
所产生的基底可以包含约30%到约50%（按重量）的疏水聚合物。添加到基底的疏水材料的量可以影响基底的导电率，其中导电率易于随着疏水材料量的增加而减小。与基底一起使用的疏水聚合物的量可取决于期望的疏水性程度、甲醛的多孔性（porosity）和所产生的工作电极的导电率。
可以通过将所需的催化剂与粘合剂混合并将混合物沉积在基底材料上来形成催化层。粘合剂可包含全氟化离子电解质溶液（例如，GEFC-IES，Nafion®等），疏水材料（例如PTFE），其混合物等的溶液。当用作粘合剂时，GEFC-IES Nafion®和/或PTFE可以影响气体扩散参数，同时支撑电催化剂并最大化催化剂，气体和电解质之间的发生电化学过程的界面。乙二醇或其他类似的化学物质可用作稀释剂以形成催化剂浆料，配方或催化剂体系，其可以通过打印机被印刷在基底上。
可以通过例如丝网印刷，在选定的区域中从放置在基底上的悬浮液过滤，通过喷涂或适合于产生固体材料的图案化沉积的任何其他方法来将催化层沉积在基底上。沉积可以是单一材料，也可以是一种以上的材料在各层中顺序沉积，以便例如通过电极材料的厚度或者在作为气体反应的主要部位的层的上方或下方添加第二层增加的导电材料来改变电极材料的特性。一旦沉积，就可以在升高的温度下烧结印刷元件以形成电极。
在工作电极24中，催化层可以包括碳（例如石墨）和/或一种或多种金属或金属氧化物，例如铜，银，金，镍，钯，铂，钌，铱和/或这些金属的氧化物。在传感器10的实施例中，工作电极24可以包括铱或铱材料。所用的催化剂可以是纯金属粉末，与碳结合的金属粉末，或被支撑在导电介质如碳上的金属粉末，或者是两种或多种金属粉末的组合，既可以是共混物，也可以是合金。用于各个电极的材料可以相同或不同。
对电极16可以被设置在壳体12内。对电极16可包括基底或膜，例如PTFE膜，GEFC-IES膜，Nafion®膜等，其上布置有催化材料。在实施例中，可以使用任何合适的方法，例如辊涂，涂覆，丝网印刷等，将催化材料混合并置于膜上，以将催化材料施加在膜上，如本文中更详细描述的。然后，催化剂层可以通过如本文所述的烧结过程结合到膜。
在实施例中，用于对电极的催化材料可以包括诸如金（Au）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）之类的贵金属、其氧化物或它们的任何组合。对电极16的催化剂负载可以在本文针对工作电极24所描述的任何范围内。在实施例中，对电极16的催化剂负载可以与工作电极24的催化剂负载相同或基本相同，催化剂负载也可以大于或小于工作电极24的催化剂负载。
在实施例中，可以向工作电极24添加催化材料，该催化材料对目标气体（例如甲醛）具有比一种或多种干扰气体（例如一氧化碳）更高的催化活性。当目标气体是甲醛并且干扰气体是一氧化碳时，可以添加到工作电极24中的催化材料通常可包括铱。
类似地，参考电极20可以被设置在壳体12内。参考电极20可以包括基底或膜，例如PTFE膜，GEFC-IES膜，Nafion®膜等，其上布置有催化材料。在实施例中，催化材料可以与疏水材料（例如，PTFE等）混合并且被设置在PTFE膜上。用于形成工作电极或对电极的任何方法也可以被用于制备参考电极20。在实施例中，与参考电极20一起使用的催化材料可以包括诸如金（Au）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）之类的贵金属、其氧化物或它们的任何组合。参考电极20的催化剂负载可以在本文所述的工作电极24的任何范围内。在实施例中，参考电极20的催化剂负载可以与工作电极24的催化剂负载相同或基本相同，催化剂负载也可以大于或小于工作电极24的催化剂负载。尽管在图1中图示为具有参考电极20，但电化学传感器的一些实施例可以不包括参考电极20。
为了响应于甲醛的存在而检测跨电极的电流和/或电势差，一个或多个引线或电接触件可以以电气方式耦合到工作电极24、参考电极20和/或对电极16。接触工作电极24的引线可以接触工作电极24的任一侧，因为基底包括导电材料。为了避免电解质的腐蚀效果，接触工作电极的引线可以接触工作电极24的不与电解质接触的一侧。引线可类似地以电气方式耦合到对电极16和参考电极20。引线可以以电气方式耦合到外部连接引脚以提供与外部处理电路的电气连接。外部电路可以检测电极之间的电流和/或电势差，并将电流转换为相应的甲醛浓度（例如，通过与将电流和/或电势差与气体水平相关联的（例如基于先前的测试的）已有的表/数据库进行比较）。
在使用中，传感器10可以在醇和/或一氧化碳存在时检测甲醛浓度。在使用中，环境气体可以通过开口28流入或扩散进入到传感器10中，开口28用作传感器10的进气口。环境气体可包含甲醛。气体可以接触工作电极，并且穿过多孔基底层的细微孔以到达利用催化剂层处理的工作电极24的表面。电解质可与工作电极24的表面接触，并且甲醛可发生反应并且导致形成在工作电极24和对电极16之间的电解电流，所述电解电流对应于环境气体中甲醛的浓度。通过测量该电流，可以使用例如外部检测电路确定甲醛的浓度。
在测量过程期间，干扰气体（例如，醇或一氧化碳）也可能接触工作电极24。干扰气体可以在工作电极24的表面发生反应，尽管它可能不会以与目标气体相同的速率发生反应。干扰气体还可能在传感器10内遇到扩散阻力。
在传感器10的实施例中，可以将电势至少施加到工作电极24。通常，可以仅将电势施加到工作电极24。相对于可逆氢电极，施加到工作电极24的电势可以小于1.5V。可逆氢电极（RHE）是用于电化学过程的参考电极，更具体地说是标准氢电极的子类型。可逆氢电极的测量电势不会随pH而改变，因此其可以直接用于电解质中。在讨论传感器10时，无论可逆氢电极是否位于传感器10中，都可以参考该标准。
在一些实施例中，相对于可逆氢电极，施加到工作电极24的电势可以小于1.1V。在一些实施例中，工作电极24可以相对于铱参考电极（即，参考电极20）偏置到大约200至300mV之间。相对于可逆氢电极，铱的剩余电势约为700 mV，因此相对于可逆氢电极的偏置将在大约0.9V至1V之间。
施加到工作电极24上的电势可以比其他典型的甲醛传感器更低（即较小的阳极）。使用较低的（较小的阳极）电势（或偏置电压）可能还具有较低的基线电流的额外好处，该基线电流将随时间推移更加稳定，并且随温度的变化较小，这在测量低气体浓度时很重要。此外，较小的阳极偏置电压可能会降低传感器对氧化气体的交叉敏感性，这在气体（例如乙醇）的家用中很重要。所公开的实施例的益处可以包括在工作电极处产生低至不产生不想要的化合物以及不形成电流，这可以导致更快的反应时间和延长的传感器使用寿命。
典型的甲醛传感器的一个缺点是对醇（例如乙醇，异丙醇等）的交叉敏感性大。例如，在典型的/常规传感器中，4ppm的异丙醇（IPA）可能产生相当于1ppm甲醛的信号。IPA通常存在于室内空气中，例如来自地毯，并且通常存在于空气清新剂中。乙醇也通常以相对较高的浓度存在于室内空气中，特别是来自香水。本文公开的实施例可包括气体传感器10，其对醇的交叉敏感性为约25％或更小（例如，小于25％，小于10％，小于5％或小于2％）。在一些实施例中，气体传感器10可对醇具有大约1-5％之间的交叉敏感性。在一些实施例中，气体传感器10可对醇具有大约在2-5％之间的交叉敏感性。在一些实施例中，气体传感器10可以对醇具有大约在4-5％之间的交叉敏感性。
示例
可以用包含铱的工作电极来制备电化学传感器。可以用包括大约20至25平方米每克的表面积的铱粉末来制备工作电极。可以将铱粉末与大约20重量％的PTFE在水性浆料中混合，然后将其沉积到多孔PTFE带上（其多孔性可以为约2200至3200 Gurley Seconds），并在大约200至300°C下干燥和固化。针对每个工作电极所产生的催化剂负载可以包括大约14.9mg每13 mm直径的电极。当传感器10包括如上所述的工作电极24时，传感器对醇（例如乙醇和IPA）的交叉敏感性可以是对甲醛的敏感性的约4％至5％。另外，传感器对一氧化碳的交叉敏感性可小于对甲醛的敏感性的约1％。
参照图1所示的传感器描述了上述示例，但是本文公开的实施例也可以应用于其他传感器配置，例如平面配置和/或其他堆叠配置。
参照图2，首先用1ppm甲醛测试上述传感器，得到的敏感性约为1.5μA。然后将传感器暴露于3.5 ppm的甲醛，并且得到的敏感性约为4.5μA。
在这里已经描述了各种设备和方法之后，示例性实施例或方面可以包括但不限于：
在第一实施例中，电化学甲醛传感器可以包括壳体；布置在壳体内的电解质；以及与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极和对电极，其中，所述工作电极包括铱，并且其中，所述工作电极相对于可逆氢电极被偏置到相当于小于约1.1伏（V）的电势。
第二实施例可以包括第一实施例的传感器，其中该传感器对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约25％。
第三实施例可以包括第一或第二实施例的传感器，其中该传感器对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约10％。
第四实施例可包括第一至第三实施例中任一项的传感器，其中所述传感器对醇的交叉敏感性小于对甲醛敏感性的约5％。
第五实施例可包括第一至第四实施例中任一项的传感器，其中所述传感器对醇的交叉敏感性为对甲醛敏感性的约2％。
第六实施例可以包括第一至第五实施例中任一项的传感器，其中该传感器对一氧化碳的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约1％。
第七实施例可以包括第一至第六实施例中的任一项的传感器，其中，相对于可逆氢电极施加至工作电极的电势在大约0.9V和1V之间。
第八实施例可以包括第一至第七实施例中的任一项的传感器，其中，工作电极包括与聚四氟乙烯（PTFE）混合的铱粉末。
第九实施例可以包括第一至第八实施例中的任一项的传感器，其中电解质包括硫酸。
第十实施例可以包括第一至第九实施例中的任一项的传感器，其中，壳体包括配置成允许气体流入壳体的开口，其中，开口的直径小于或等于壳体的直径。
在第十一实施例中，一种检测甲醛的方法可以包括将环境气体接收到甲醛传感器的壳体中，其中该环境气体至少包括甲醛，其中该甲醛传感器包括与壳体内的电解质接触的多个电极，并且其中，所述多个电极包括工作电极和对电极；相对于可逆氢电极向工作电极施加大约0.9V和1V之间的电势；使环境气体与工作电极接触，其中工作电极包括铱材料；允许环境气体扩散通过工作电极以接触电解质；响应于环境气体与工作电极第二表面处的电解质之间的反应，在多孔工作电极与对电极之间产生电流；以及基于该电流确定环境气体中甲醛的浓度。
第十二实施例可以包括第十一实施例的方法，其中环境气体包括甲醛和一种或多种醇。
第十三实施例可以包括第十二实施例的方法，其中1）传感器对甲醛的敏感性与2）传感器对醇的敏感性的比大于约90。
第十四实施例可包括第十一至第十三实施例中任一项的方法，其中环境气体包括甲醛和一氧化碳。
第十五实施例可以包括第十四实施例的方法，其中1）传感器对甲醛的敏感性与2）传感器对一氧化碳的敏感性的比大于约90。
在第十六实施例中，一种电化学甲醛传感器可以包括壳体；布置在壳体内的电解质；以及与所述壳体内的电解质接触的多个电极，其中，所述多个电极包括工作电极，所述工作电极包含铱并且相对于可逆氢电极的施加大约0.9V至1V之间的电势；以及对电极，其中该传感器对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约25％。
第十七实施例可以包括第十六实施例的传感器，其中该传感器对一氧化碳的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约1％。
第十八实施例可以包括第十六或第十七实施例的传感器，其中，工作电极包括与聚四氟乙烯（PTFE）混合的铱粉。
第十九实施例可以包括第十六至第十八实施例中的任一项的传感器，其中电解质包括硫酸。
第二十实施例可包括第十六至第十八实施例中的任一项的传感器，其中，壳体包括配置成允许气体流入壳体的开口，其中，开口的直径小于或等于壳体的直径。
第二十一实施例可以包括第一至第二十实施例中的任一项的传感器和/或方法，其中，相对于铱参考电极，工作电极被偏置在大约200至300mV之间。
虽然已经在上面示出和描述了根据本文中公开的原理的各种实施例，但是本领域技术人员可以在不偏离本公开的精神和教导的情况下对其作出修改。本文描述的实施例仅仅是代表性的并且不意图是限制性的。许多变化、组合和修改是可能的并且在本公开的范围内。由组合、集成和/或省略（一个或多个）实施例的特征所产生的替代实施例也在本公开的范围内。因此，保护的范围不由上面阐述的描述来限制，而是由下面的权利要求来限定，该范围包括权利要求的主题的所有等同物。将每一个权利要求作为进一步公开并入说明书中，并且权利要求是当前（一个或多个）发明的（一个或多个）实施例。此外，上面描述的任何优点和特征可以与具体实施例有关，但是不应该将这样发布的权利要求的应用限制到完成上面优点中的任一个或全部或具有上面特征中的任一个或全部的过程和结构。
另外，与根据37 C.F.R. 1.77的建议一致地来提供在本文中使用的章节标题或以其他方式提供组织提示。这些标题不应该限制或表征可从本公开发布的任何权利要求中阐述的（一个或多个）发明。具体来说并且作为示例，尽管标题可能提到“技术领域”，但是权利要求不应该受到根据用来描述所谓的领域的此标题选择的语言的限制。进一步地，“背景技术”中的技术的描述不要被解释为承认某些技术是对于本公开中的任何（一个或多个）发明的现有技术。“发明内容”也不要被视为对已发布的权利要求中阐述的（一个或多个）发明的限制性表征。此外，在本公开中以单数方式对“发明”的任何参考不应该被用来主张在本公开中仅存在单个新颖点。可以根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述多个发明，并且这样的权利要求相应地限定（一个或多个）发明、以及由此被保护的它们的等同物。在所有实例中，鉴于本公开，应该关于它们自己的优点来考虑权利要求的范围，但权利要求的范围不应该受到本文中阐述的标题的约束。
诸如“包括”、“包含”和“具有”之类的较宽泛术语的使用应被理解为提供对诸如“由......组成”、“基本上由......组成”和“基本上由......构成”之类的较窄术语的支持。关于实施例的任何要素对术语“可选地”、“可以”、“可能”、“可能地”等的使用意味着不要求该元素或者替代地要求该元素，这两种替代方式都在（一个或多个）实施例的范围内。而且，仅仅为了说明性目的提供了对示例的参考，并且对示例的参考不意图是排他性的。
虽然已经在本公开中提供了若干实施例，但是应该理解的是可以在不偏离本公开的精神或范围的情况下以许多其他具体形式来体现所公开的***和方法。本示例要被视为说明性且非限制性的，并且意图是不限于本文中给出的细节。例如，各种元件或组件可以被组合或集成在另一个***中，或者某些特征可以被省略或不实现。
而且，在不偏离本公开的范围的情况下，在各种实施例中被描述且图示为分立或分开的技术、***、子***和方法可以与其他***、模块、技术或方法组合或集成。被示出或讨论为彼此直接耦合或通信的其他项目可以通过某一接口、设备或中间部件间接耦合或通信，而不管是电气地、机械地还是以其他方式。本领域技术人员可确定改变、替换和变更的其他示例并且可以在不偏离本文所公开的精神和范围的情况下做出改变、替换和变更的其他示例。
Claims (15)
1.一种电化学甲醛传感器（10），包括：
壳体（12）；
布置在壳体（12）内的电解质；以及
与壳体内的电解质接触的多个电极（12、16、24），其中多个电极包括工作电极（24）和对电极（16），其中工作电极（24）包括铱，并且其中工作电极（24）相对于可逆氢电极被偏置到相当于小于大约1.1伏（V）的电势。
2.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约25％。
3.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约10％。
4.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的约5％。
5.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对醇的交叉敏感性为所述甲醛的敏感性的约2％。
6.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述传感器（10）对一氧化碳的交叉敏感性小于对甲醛的敏感性的大约1％。
7.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，相对于可逆氢电极，施加到所述工作电极（24）的电势在大约0.9V和1V之间。
8.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述工作电极（24）包括与聚四氟乙烯（PTFE）混合的铱粉。
9.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述电解质包括硫酸。
10.根据权利要求1所述的传感器（10），其中，所述壳体（12）包括配置成允许气体流入所述壳体（12）的开口（28），其中，所述开口（28）的直径小于或等于所述壳体的直径。
11.一种检测甲醛的方法，该方法包括：
将环境气体接收到甲醛传感器的壳体中，其中所述环境气体至少包括甲醛，其中所述甲醛传感器包括与所述壳体内的电解质接触的多个电极，并且其中所述多个电极包括工作电极和对电极；
相对于可逆氢电极向工作电极施加大约0.9V和1V之间的电势；
使环境气体与工作电极接触，其中所述工作电极包括铱材料；
允许环境气体扩散通过工作电极以接触电解质；
响应于环境气体与工作电极第二表面处的电解质之间的反应，在多孔工作电极与对电极之间产生电流；以及
基于该电流确定环境气体中甲醛的浓度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述环境气体包括甲醛和一种或多种醇。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，1）所述传感器对甲醛的敏感性与2）所述传感器对醇的敏感性之比大于约90。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述环境气体包括甲醛和一氧化碳。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，1）传感器对甲醛的敏感性与2）传感器对一氧化碳的敏感性之比大于约90。
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