[发明专利]一种Cr2O3-ZnO复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物纳米材料的制备技术，具体是指一种Cr₂O₃-ZnO复合纳米材料的制备方法。 

背景技术

大气是人类赖以生存的重要环境因素之一，然而随着近现代工业技术的迅速发展，易燃、易爆、有毒有害气体带来的危害也随之显现，这些气体不仅威胁到人们的生命财产安全，而且还破坏生态系统和人类赖以生存的环境。其中氮氧化物（NOx）是造成大气污染的主要污染源之一，并且排放量呈逐年增长的趋势。为了人类生存健康、环境治理、工业生产和安全，对氮氧化物的检测与治理成为国际环保领域的主要方向；对气敏传感器的稳定性、可靠性、灵敏度也提出了更高、更新的要求，大力发展氮氧化物的气敏传感技术刻不容缓。目前主要的气体分析方法有红外吸收、热导分析、气象色谱等仪器分析等，但是由于价格昂贵、不能实现现场监测，限制了其应用。因此开发低成本、灵敏度高、便于携带的气敏传感器成为当今发展的重要方向。 

金属氧化物半导体材料与气体接触时引起以载流子运动为特征的电导率、表面电位等物理性质发生变化，利用该性质可以检测待测气体的成分和浓度。这种传感器具有响应时间和恢复时间快、价格低等优点，成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。氧化锌纳米材料由于具有较高的比表面积和良好的光电、光催化性能，在气体传感器领域具有非常广阔的应用前景。ZnO纳米材料具有较大的比表面积，表面活性空位多，具有较强的离子交换性能，有利于反应物在催化过程中在活性位进行反应。但是基于ZnO纳米材料的气体传感器对乙醇、丙酮、甲醛、NOx等气体均有响应，选择性差，严重制约了气敏传感器在实际应用领域的发展。 

作为半导体功能材料，其气敏性主要由自身的晶体结构、表面化学态、氧空位引起的表面缺陷决定，对少量掺杂亦十分敏感，因此通过改变材料的形貌、掺杂改性可以提高气敏响应的灵敏度和选择性。Cr₂O₃作为重要的催化材料，在NO的净化领域有非常广泛的应用，本发明旨在拓展Cr₂O₃的应用，制备Cr₂O₃-ZnO复合纳米材料，提高ZnO的气体选择性，制备针对NO的气体传感器材料。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本方法提供一种Cr₂O₃-ZnO复合纳米颗粒及其制备方法和应用。 

一种Cr₂O₃-ZnO复合纳米颗粒的制备方法，采用共沉淀法，其特征在于，具体步骤如下： 

将作为锌源和铬源的前驱体溶于溶剂中制得溶液A；溶液B为提供OH^-的氨水或六亚甲基四胺的水溶液；将溶液A和溶液B混合，混合方法为取20～200毫升的水或乙醇加热到30～80℃，将溶液A和溶液B共同滴入水或乙醇中；将混合后的溶液静置1小时左右，离心得到Cr₂O₃-ZnO；将Cr₂O₃-ZnO在70~120℃下干燥6~12小时，将干燥好的粉末研磨，然后在空气氛围下退火2~5小时，退火温度300℃~600℃，即得到Cr₂O₃-ZnO复合纳米颗粒。

所述的锌源是硝酸锌、氯化锌、醋酸锌中的一种或两种混合物；所述的铬源是硝酸铬、氯化铬中的一种或混合物。 

所述的溶剂是去离子水、乙醇、乙二醇中的一种或两种的混合物。 

所述的锌源和铬源的摩尔比为1:30～1:1；锌源和铬源离子总浓度为0.4M～3M。 

一种Cr₂O₃-ZnO复合纳米颗粒，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。 

一种Cr₂O₃-ZnO复合纳米颗粒在NO_x气体传感器的应用。 

本发明提供一种简单可行的、具有很好选择性的气敏传感器材料的制备方法，解决了基于ZnO纳米材料的气体传感器选择性差的问题，使基于金属氧化物的气体传感器具有更好的选择性、更高的灵敏度。