[发明专利]一种具有三乙胺敏感效应的NiO纳米片/α‑Fe2O3纳米立方体异质结材料

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的生产领域，具体来说是一种NiO纳米片/α-Fe₂O₃纳米立方体异质结材料的制备方法。

氧化铁是自然界广泛存在的铁的稳定化合物形态，与其他铁氧化物和磁性材料相比，具有结构稳定、成本较低、来源广泛、环境友好等显著优势。纳米氧化铁具有很好的稳定性、磁性、气敏和催化性能被广泛应用于颜料、记录材料和造影材料中。其作为气敏材料在预报、检测有毒、有害气体方面有着独特的效果。纳米氧化铁作为气敏材料不仅性能优良,而且原料易得,所以一经发现就受到人们的青睐,得以迅速发展。α-Fe₂O₃是一种典型的n型半导体，其禁带宽度为2.2 eV，制备工艺简单、价格低廉、产率较高,且具有自身优良的物化性能和气敏性质,如热稳定性和化学稳定性好、对还原性气体选择性好。而单一氧化物半导体气敏材料仍具有一些缺陷，如对气体浓度需求大、稳定性差、选择性差等，因此，构建纳米复合材料形成异质结对制造高性能气敏传感器提供了一种思路。

最近，许多研究已经证实了由不同化合物组成的氧化物半导体异质结构比单

一的氧化物表现出了更加优越的气敏特性。构成异质结构的氧化物间的协同效应和界面处的异质结势垒对于传感器的增感起着重要作用，极大地改善了传感器的灵敏度和选择性。氧化镍作为一种良好的p型半导体，它被广泛应用在催化剂、电极、生物传感器和磁性材料等方面。目前，Bao 等人(Bao M, Chen Y, Li F, et al. Plate-like p–n heterogeneous NiO/WO₃ nanocomposites for high performance room temperature NO₂sensors[J]. Nanoscale, 2014, 6(8): 4063-4066)合成了片状的 NiO/WO₃异质结构，实现了对 NO2气体的室温检测。 Wang 等人(Wang Y, Qu F, Liu J, et al. Enhanced H₂S sensing characteristics of CuO-NiO core-shell microspheres sensors[J]. Sensors and Actuators 。B: Chemical, 2015, 209: 515-523)合成了CuO-NiO核壳微球，使其对H₂S的灵敏度显著提高。本发明的NiO纳米片/α-Fe₂O₃纳米立方体异质结材料中NiO与α-Fe₂O₃复合构建了异质结，而且与气体的接触面积较大，从而改善其气敏性能。

发明内容

本发明在于提供一种NiO纳米片负载在α-Fe₂O₃纳米立方体上的制备方法，该方法工艺简单，设备要求低，可操作性强，成本比较低，并且可大量合成，得到的纳米材料具有较大的表面积和较小的晶粒尺寸，不易团聚，具有广泛的应用前途。所得NiO纳米片负载在α-Fe₂O₃纳米立方体异质结材料的响应恢复时间和灵敏度相比于纯α-Fe₂O₃得到一定程度的改善，可用于气体传感器等领域。

本发明通过如下技术方法来实现：将三氯化铁和氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌加热一段时间，随后将得到的溶液保温一段时间，最后所得溶液经过离心、洗涤、干燥后，得到α-Fe₂O₃粉末。α-Fe₂O₃粉末与去离子水预混，加入适量六次甲基四胺、柠檬酸钠和六水合硝酸镍，所得溶液超声一段时间，再将其水浴加热一定的时间，最后所得溶液经过离心、洗涤、干燥后，将得到的样品置于马弗炉中一定温度下煅烧一定时间，即可得到NiO纳米片/α-Fe₂O₃纳米立方体异质结材料。具体步骤如下：

（1）按摩尔比1:(1~4)取三氯化铁和氢氧化钠，分别置于50 mL的去离子水中，三氯化铁溶液的浓度为1~2mol/L，将三氯化铁溶液与氢氧化钠溶液混合并在60~80 ℃下水浴加热5~15分钟，得到溶液A；