[发明专利]一种α型氧化钼纳米棒气敏材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一维纳米金属氧化物制备工艺及气体传感技术领域，具体涉及α型氧化钼（α-MoO₃）纳米棒及其制备方法，以及将其用作半导体气体传感器的敏感材料。

背景技术

n-型半导体金属氧化物由于其优异的电学和磁学性能受到了越来越广泛的关注，尤其是在气敏材料领域。三氧化钼是一种n-型宽禁带半导体氧化物（禁带宽度约3.2eV）。由于三氧化钼晶体内存在着氧空位，使化合物发生化学计量偏离，其电荷载流子浓度主要决定于缺陷（如氧空位）的浓度，使其具有优异的催化和气敏性能。当气体与化合物发生吸附时，其表面活性位置的晶格氧O_o会受到吸附气体R的影响(这里R为还原性气体)，使得氧化钼晶体的缺陷结构发生变化，其变化过程是：O_o→V_O²⁺+O_i^2-；R+O_i^2-→RO+2e(V_o²⁺是带有两个正电荷的氧空位，O_i^2-是带有两个负电荷的间隙氧)，以上反应使得氧化物的电阻减小，从而达到对气体（R）的检测。据文献报道，基于氧化钼的气体传感器对CO、NO₂、H₂S和NH₃等环境有害气体具有敏感响应。除此以外，氧化钼还具有光致变色、电致变色等性能，在工业合成催化、光催化、锂离子电池、场发射和太阳能电池领域有着广泛的应用。

基于半导体金属氧化物材料的气体传感器具有结构简单、成本低、能够原位在线检测,并与微电子制作相兼容的优点。在半导体金属氧化物气敏材料中，特别是一维纳米金属氧化物半导体材料，由于其具有大的表面与体积比以及优异的电子径向迁移性能，被认为是检测环境有害气体的很有前景的新型半导体气敏材料。一维纳米三氧化钼也已经成为近期气体传感器领域的研究热点，在氧化钼的合成方法上也取得了一定的进展。Mohammed H Khan等人（US Pat:6468497,2002-10-22）利用升华-骤冷法生产纳米结构的MoO₃，将粒度为24～260μm的工业氧化钼粉末加入升华炉，在1100℃时使氧化钼升华，再将已升华的纳米MoO₃用液氮流进行骤冷操作，得到直径为200～500nm的条状MoO₃,但合成工艺复杂，功耗大，不利于大规模推广。目前，水热法是研究者们所公认的合成一维纳米结构MoO₃的方法,采用水热法可以合成出具有一定形貌和结晶度的纳米结构MoO₃。Lou Xiongwen等人（Chem.Mater.,2002,14,4781-4789）以七钼酸铵和硝酸为原料，在170～180℃的条件下水热反应30～40h，合成了直径为50nm、宽度为150～300nm和长度为几十微米MoO₃纳米棒。Chen Junsong等人（J.Phys.Chem.C,2010,114,8675–8678）以七钼酸铵、浓硝酸为原料，在160～200℃的条件下水热反应2～20h，合成了长径比为10～100的MoO₃纳米棒。G.S.Zakharova等人（Journal of Analytical Chemistry,2013,68(1),50–56）以钼粉、双氧水和草酸为原料，以去离子水配成前驱体溶液在180℃下恒温5天，冷却后将产物洗涤烘干，获得直径为60～90nm，长度为几微米的纳米棒。这些合成方法的特点是温度高、时间长，能耗大。

尽管低维度氧化钼的合成取得了一定的进展，但在低温简易条件下合成一维纳米结构氧化钼的气敏材料具有一定的挑战性,并且文献中有关低温简易条件下成功合成低维度氧化钼的方法的报道很少，而对于其气敏性能研究更少。本发明采用简易和快速的水热法制备了一维氧化钼纳米棒，并将其应用于一氧化碳气体传感器，对一氧化碳的检测具有高的灵敏度，这方面尚未见到报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的α型氧化钼纳米棒及其制备方法，并将其用作半导体气体传感器的敏感材料，用于传感器中检测环境中微量一氧化碳气体含量。

氧化钼纳米棒的具体制备方法如下：