納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法，將鋅鹽和尿素加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中密封，放入恒溫箱中靜置反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物離心分離，得到堿式碳酸鋅片層結(jié)構(gòu)；氯化鈀、氯化銅至燒杯里，加入氨水溶解，加入堿式碳酸鋅，充分?jǐn)嚢瑁⒕徛娓桑煌嘶?，得到納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料。本發(fā)明原料廉價，工藝簡單，材料的結(jié)構(gòu)形貌穩(wěn)定，對CO氣體檢測敏感度高，選擇性好。
【專利說明】納米氧化待負(fù)載姐-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料及制備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種納米多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料及其化學(xué) 制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鋒是一種多功能性寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)和催化特性，廣 泛應(yīng)用在傳感器、催化劑、透明電極等領(lǐng)域。氧化鋒由于其電阻率會隨表面吸附氣體種類 和濃度的不同而變化，成為性能優(yōu)異的氣敏材料，對氧化性氣體、還原性氣體巧日C0、&S、& 等)、有毒氣體巧日NHs等）都具有很好的敏感性能。氧化鋒氣敏傳感器的性能的改善主要 通過獲得特定形貌和結(jié)構(gòu)、對氧化鋒進行元素慘雜來改變其電子態(tài)結(jié)構(gòu)，W及通過兩者的 結(jié)合W提高其性能。例如Gu等人制備了納米線結(jié)構(gòu)氧化鋒，并研究了其在氣敏傳感器中 的應(yīng)用（Sensors and Actuators B, 2013, 177: 453 - 459)，Hongsith N 等人用金慘雜 氧化鋒納米線，制備了性能優(yōu)良的己醇?xì)饷魝鞲衅鳎–eramics International, 2008, 34: 823 - 826)。大量的研究結(jié)果表明，通過制備納米結(jié)構(gòu)氧化鋒W及通過貴金屬、氧化物慘雜 等方法能夠有效提升氧化鋒氣敏傳感器的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種新的針對CO的氧化鋒氣敏傳感材料的 制備方法，具體涉及一種納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料及其制備方法。
[0004] -種納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于， 包括W下步驟： (1) 將鋒鹽和尿素加入去離子水中，攬拌均勻再將混合液移入帶有聚四氣己帰的水熱 反應(yīng)蓋中密封，放入恒溫箱中靜置反應(yīng)； (2) 反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物離也分離，得到堿式碳酸鋒片層結(jié)構(gòu)； (3) 稱取氯化把、氯化銅至燒杯里，加入氨水溶解，加入步驟（2)得到的堿式碳酸鋒，充 分?jǐn)埌?，并緩慢烘干?(4) 將步驟（3)的粉末退火，得到納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料。
[0005] 步驟（1)中所述的鋒鹽為硝酸鋒、氯化鋒、醋酸鋒、硫酸鋒中的一種，其在最后混合 溶液中的濃度為0. 1?1 mol/Lo
[0006] 步驟（1)中所述的尿素在最后混合溶液中的濃度為0. 5?5 mol/L。
[0007] 步驟（1)中所述的在恒溫烘箱中靜置，溫度為70?120。時間為10?15小時。
[0008] 步驟（2)中所述的洗涂是用去離子水洗涂，每次洗涂后采用離也機沉淀或抽濾設(shè) 備進行過濾。
[0009] 步驟（3)中所述的氯化把、氯化銅摩爾比為1:1，氯化把、氯化銅的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 步驟（2)得到的堿式碳酸鋒的1%?5% ;氨水為濃度為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)25%。
[0010] 步驟（4)中所述的退火位在30(TC -50(TC退火1-5小時。
[0011] 一種納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料，根據(jù)上述任一所述方法制 備得到。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： (1) 本發(fā)明制備的納米氧化鋒具有多孔結(jié)構(gòu)，有利于氣體吸附和氯化把、氯化銅催化劑 的負(fù)載，可大幅圖提升材料的氣體敏感性； (2) 本發(fā)明在制備納米氧化鋒基礎(chǔ)上，負(fù)載對于CO有極高氧化活性的氯化把/氯化銅 催化劑，可借助于氯化把/氯化銅對CO的強催化作用，進而大幅提升氣敏材料的針對CO的 選擇性和靈敏度，解決一般半導(dǎo)體氣敏材料選擇性較差的問題； (3) 本發(fā)明工藝路線簡單，操作簡便，易于工業(yè)化生產(chǎn)，可用于高性能CO半導(dǎo)體傳感器 的制作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[001引圖1為實施例2所制備的堿式碳酸鋒的SEM圖片。
[0014] 圖2為實施例2所制備的納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)的SEM圖片。
[0015] 圖3為實施例2所制備的納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏性能圖。

【具體實施方式】 [001引 實施例1 : (1) 配置0. Imol/L氯化鋒和0. 5 mol/L尿素的混合溶液10L，攬拌均勻再將混合液移 入帶有聚四氣己帰的水熱反應(yīng)蓋中密封，放入70°C恒溫箱中靜置反應(yīng)10小時； (2) 將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物采用離也機沉淀或抽濾設(shè)備進行過濾， 得到堿式碳酸鋒片層結(jié)構(gòu)粉末； (3) 稱取0. 057g氯化把和0. 043g氯化銅至燒杯，加入一定量25%濃度氨水溶解，加入 IOg步驟（2)所制備的堿式碳酸鋒粉末，充分?jǐn)埌瑁⒕徛稍铮?(4) 將步驟（3)的干燥粉末在30(TC溫度下退火5小時，得到納米氧化鋒負(fù)載把-銅 多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料粉體。將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用 WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試對CO氣體的響應(yīng)。
[0017] 實施例2; (1) 配置0. 5mol/L硝酸鋒和2 mol/L尿素的混合溶液10L，攬拌均勻再將混合液移入 帶有聚四氣己帰的水熱反應(yīng)蓋中密封，放入IOOC恒溫箱中靜置反應(yīng)12小時； (2) 將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物采用離也機沉淀或抽濾設(shè)備進行過濾， 得到堿式碳酸鋒片層結(jié)構(gòu)粉末； (3) 稱取0. 285g氯化把和0. 215g氯化銅至燒杯，加入一定量25%濃度氨水溶解，加入 IOg步驟（2)所制備的堿式碳酸鋒粉末，充分?jǐn)埌?，并緩慢干燥?(4) 將步驟（3)的干燥粉末在40(TC溫度下退火3小時，得到納米氧化鋒負(fù)載把-銅 多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料粉體。將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用 WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試對CO氣體的響應(yīng)。圖1為步驟（2)所制備的堿式碳酸鋒 片層結(jié)構(gòu)SEM圖，圖2為所制備的納米氧化鋒負(fù)載把-銅多孔結(jié)構(gòu)材料的SEM圖，圖3所示 為該材料在不同CO濃度條件下的氣敏性能圖。可W看出，制備的納米氧化鋒負(fù)載把-銅具 有明顯的多孔片狀結(jié)構(gòu)，針對CO具有非常良好的響應(yīng)性能。
[001引 實施例3; (1) 配置0. 5mol/L醋酸鋒和4 mol/L尿素的混合溶液10L，攬拌均勻再將混合液移入 帶有聚四氣己帰的水熱反應(yīng)蓋中密封，放入12(TC恒溫箱中靜置反應(yīng)15小時； (2) 將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物采用離也機沉淀或抽濾設(shè)備進行過濾， 得到堿式碳酸鋒片層結(jié)構(gòu)粉末； (3) 稱取0. 285g氯化把和0. 215g氯化銅至燒杯，加入一定量25%濃度氨水溶解，加入 IOg步驟（2)所制備的堿式碳酸鋒粉末，充分?jǐn)埌瑁⒕徛稍铮?(4) 將步驟（3)的干燥粉末在50(TC溫度下退火1小時，得到納米氧化鋒負(fù)載把-銅多 孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料粉體。將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用 WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試對CO氣體的響應(yīng)。
[001引 實施例4; (1) 配置Imol/L硫酸鋒和5mol/L尿素的混合溶液化，攬拌均勻再將混合液移入帶有 聚四氣己帰的水熱反應(yīng)蓋中密封，放入IOOC恒溫箱中靜置反應(yīng)10小時； (2) 將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物采用離也機沉淀或抽濾設(shè)備進行過濾， 得到堿式碳酸鋒片層結(jié)構(gòu)粉末； (3) 稱取0. 171g氯化把和0. 129g氯化銅至燒杯，加入一定量25%濃度氨水溶解，加入 IOg步驟（2)所制備的堿式碳酸鋒粉末，充分?jǐn)埌瑁⒕徛稍铮?(4) 將步驟（3)的干燥粉末在30(TC溫度下退火2小時，得到納米氧化鋒負(fù)載把-銅 多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料粉體。將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用 WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試對CO氣體的響應(yīng)。
[0020] 實施例5 : (1) 配置0. 5mol/L醋酸鋒和4 mol/L尿素的混合溶液10L，攬拌均勻再將混合液移入 帶有聚四氣己帰的水熱反應(yīng)蓋中密封，放入l〇〇°C恒溫箱中靜置反應(yīng)10小時； (2) 將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物采用離也機沉淀或抽濾設(shè)備進行過濾， 得到堿式碳酸鋒片層結(jié)構(gòu)粉末； (3) 稱取0. 171g氯化把和0. 129g氯化銅至燒杯，加入一定量25%濃度氨水溶解，加入 IOg步驟（2)所制備的堿式碳酸鋒粉末，充分?jǐn)埌瑁⒕徛稍铮?(4) 將步驟（3)的干燥粉末在30(TC溫度下退火3小時，得到納米氧化鋒負(fù)載把-銅 多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料粉體。將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用 WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試對CO氣體的響應(yīng)。
[002。 表1為實施例1-5所制備的氧化鋒負(fù)載把-銅納米材料，對IOppm CO氣體的響應(yīng) 靈敏度。

【權(quán)利要求】
1. 一種納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟： (1) 將鋅鹽和尿素加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱 反應(yīng)釜中密封，放入恒溫箱中靜置反應(yīng)； (2) 反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗，產(chǎn)物離心分離，得到堿式碳酸鋅片層結(jié)構(gòu)； (3) 稱取氯化鈀、氯化銅至燒杯里，加入氨水溶解，加入步驟（2)得到的堿式碳酸鋅，充 分?jǐn)嚢?，并緩慢烘干? (4) 將步驟（3)的粉末退火，得到納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法， 其特征在于，步驟（1)中所述的鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅、硫酸鋅中的一種，其在最后 混合溶液中的濃度為〇· 1?1 mol/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法， 其特征在于，步驟（1)中所述的尿素在最后混合溶液中的濃度為0. 5?5 mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法， 其特征在于，步驟（1)中所述的在恒溫烘箱中靜置，溫度為70?120°C，時間為10?15小 時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法， 其特征在于，步驟（2)中所述的洗滌是用去離子水洗滌，每次洗滌后采用離心機沉淀或抽濾 設(shè)備進行過濾。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法， 其特征在于，步驟（3)中所述的氯化鈀、氯化銅摩爾比為1: 1，氯化鈀、氯化銅的總質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為步驟（2)得到的堿式碳酸鋅的1%?5% ;氨水為濃度為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)25%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料的制備方法， 其特征在于，步驟（4)中所述的退火位在300°C _500°C退火1-5小時。
8. -種納米氧化鋅負(fù)載鈀-銅多孔結(jié)構(gòu)的氣敏傳感材料，其特征在于，根據(jù)上述任一 權(quán)利要求所述方法制備得到。
【文檔編號】G01N33/00GK104237464SQ201410456096
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】何丹農(nóng), 尹桂林, 宣天美, 葛美英 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司