[发明专利]银颗粒修饰的聚吡咯—氧化钨核壳异质结构纳米棒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开银颗粒修饰的聚吡咯—氧化钨核壳异质结构纳米棒及其制备方法和应用，通过液相聚合工艺在一维氧化钨纳米棒表面实现聚吡咯壳层均匀聚合的同时，同步实现聚吡咯—氧化钨核壳异质结构的银颗粒修饰，从而制备出具有聚吡咯壳层均匀覆盖且存在金属银颗粒修饰的核壳异质结构纳米棒。基于本发明纳米棒的气敏元件在25℃下对100ppb～50ppm氨气的灵敏度最高为6.15，最短响应时间为10—13s，该氨敏性能明显优于已报道的基于同类材料的氨敏元件的性能。

技术领域

本发明属于表面银颗粒修饰的一维有机/无机异质结构纳米复合材料技术领域，更加具体地说，涉及一种制备带有银颗粒表面修饰的一维聚吡咯@氧化钨核壳异质结构纳米棒及其制备方法。

背景技术

气敏传感材料的结构在很大程度上决定了气敏元件的实际应用价值。结构优异的气敏材料制备出来的气敏传感器具有灵敏度高，响应恢复速度快，稳定性强且能在室温工作等特点。在目前的材料体系组合以及复合材料结构制备研究中，有两个研究方向一直受到广泛的关注：其一，有机导电聚合物与无机金属氧化物半导体的组合，尤其是导电聚合物包覆金属氧化物所形成的低维核壳结构材料，具有能够明显增强气敏性能的同时又具有室温工作的优良特性；其二，贵金属对于低维气敏材料的表面修饰和改良，例如金属银颗粒与低维半导体气敏材料的接触会发生一系列相互作用，电子转移以及溢出作用会明显提高相应低维材料对于测试气体的灵敏度，扩展探测极限，提升气敏材料的稳定性。将这两个研究方向结合到一起，能够在极大程度上实现气敏性能的优化，在气敏领域具有很大的发展前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种修饰银颗粒的聚吡咯@氧化钨核壳异质结构纳米棒及其制备方法和应用，通过创新的液相聚合工艺在一维氧化钨纳米棒表面实现聚吡咯壳层均匀聚合的同时，同步实现聚吡咯@氧化钨核壳异质结构的银颗粒表面修饰，从而制备出具有聚吡咯壳层均匀覆盖且存在金属银颗粒修饰的核壳异质结构纳米棒。本发明为所有有机/无机复合核壳低维材料引入表面银修饰提供了一个简单且实用的技术思路和方案。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

银颗粒修饰的聚吡咯—氧化钨核壳异质结构纳米棒及其制备方法，按照下述步骤进行：

将氧化钨纳米棒悬浮液滴入吡咯聚合反应液中，并向其中滴加硝酸，以使混合体系pH为1.5-3，同时对混合体系进行分散均匀；然后在持续分散的条件下，向混合体系中滴加硝酸银水溶液，以引发吡咯单体在氧化钨纳米棒表面发生氧化聚合反应形成均匀的聚吡咯壳层，同时，银离子被吡咯单体还原成金属银颗粒附着在核壳结构纳米棒表面，形成表面银颗粒修饰的聚吡咯—氧化钨核壳异质结构纳米棒。

在上述技术方案中，在反应之后进行分离、清洗和干燥，聚合反应结束后，分别依次采用去离子水和无水乙醇清洗反应所得固体2-4次；所述干燥的条件为：干燥温度为40-60℃，干燥时间为10-15h。

在上述技术方案中，在硝酸银的水溶液中，硝酸银的浓度为0.005—0.05mol/L。

在上述技术方案中，硝酸为质量百分数5-8wt％的硝酸的水溶液。

在上述技术方案中，在调整混合体系pH值时，使用磁力搅拌进行均匀分散，时间为0.5-3h，优选1-2h，搅拌速度为每分钟200-300r。

在上述技术方案中，在调整混合体系pH值时，混合体系pH为2-3。

在上述技术方案中，在引发聚合反应时，使用磁力搅拌进行均匀分散，搅拌时间48-60h，优选48h，搅拌速度为每分钟200-300r。