[发明专利]高度分散的贵金属负载有序介孔氧化钨气敏材料及其制备方法

说明书

本发明属于先进纳米复合材料技术领域，具体为一种高度分散的贵金属负载有序介孔氧化钨气敏材料及其制备方法。本发明通过溶胶‑凝胶化学合成法，利用两亲性嵌段共聚物作为结构导向剂，亲水嵌段通过氢键以及配位作用与金属氧化物前驱物种在溶液中进行组装，疏水性嵌段则通过疏水作用包裹油溶性贵金属前驱体，经过溶剂挥发诱导共组装以及高温热处理后，直接得到贵金属负载的有序介孔氧化钨材料。该复合材料具有高度有序的介孔结构，高的比表面积和高度分散的、尺寸均一的、稳定的贵金属颗粒，可用于制备气体传感器，其对一氧化碳具有极好的灵敏度和选择性，超快的响应和恢复时间。本发明方法简单，克服多步合成的复杂，简单可控，适于放大生产，在气体传感领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于先进纳米复合材料技术领域，具体涉及一种高度分散的贵金属负载有序介孔氧化钨气敏材料及其制备方法。

技术背景

近年来，随着物联网的高速发展，传感器作为实时采集信息的重要设备，已经引起了人们广泛的关注和研究。气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，能及时反映出气体的种类，浓度等信息，因此在工业生产，医疗卫生，食品安全，居家生活等领域都有广泛而且重要的应用。

基于半导体金属氧化物的电阻式传感器，其价格低廉，结构简单，响应灵敏快速，易于大规模生产，因此成为了气体传感器中最重要的一类传感器以及研究热点。相对于传统的块体材料和粉体材料，介孔金属氧化物材料，具有较高的比表面积，大孔容，互相连通的孔道和丰富的反应活性位点，能有效促进客体分子的传输，因此可以显著提升气体传感器的灵敏度，响应和恢复时间等性能；另一方面，在金属氧化物上负载贵金属，可以充分利用贵金属的催化性质和敏化性能，有效降低表面反应的活化能，增加金属载体的缺陷，增加吸附氧浓度，从而进一步提升气体传感器的性能。综上可见，贵金属负载的介孔金属氧化物能够充分利用上述两类优势，从而用于制备具有高灵敏度、高选择性和快速响应-恢复的高性能气体传感器。但是到目前为止，现有报道的负载贵金属的介孔金属氧化物合成步骤繁杂，需要提前制备好载体或贵金属颗粒；同时载体的孔结构不可控，贵金属颗粒的稳定性和分散性较差，，难以大规模生产。此外，大部分所合成的材料所具有的无序的介孔，在物质传输方面具有一定不足。（J. Zhang, X. Liu, G. Neri, N. Pinna, Adv. Mater.2016, 28,795; T. Wagner, S. Haffer, C. Weinberger, D. Klaus, M. Tiemann, Chem. Soc. Rev.2013, 42, 4036; M. Tiemann, Chem. -Eur. J. 2007, 13, 8376; Y. Wang, X.Cui, Q. Yang, J. Liu, Y. Gao, P. Sun, G. Lu, Sens. Actuators B2016, 225, 544;W. T. Koo, S. J. Choi, S. J. Kim, J. S. Jang, H. L. Tuller, I. D. Kim, J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 13431.）。