[发明专利]一种三维分级结构氧化锡微球复合氧化铁纳米棒气敏材料的制备方法

说明书

本发明提供一种三维分级结构氧化锡微球复合氧化铁纳米棒气敏材料的制备方法。该制备方法具体包括：以五水合四氯化锡为原料，以甲醇为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂，采用传统的溶剂热法，得到均匀微球结构的氢氧化锡；进而以五水合氯化铁为原料，五水合硫化钠为还原剂，在其表面附着氧化铁纳米棒，最终得到三维分级结构氧化锡微球复合氧化铁纳米棒气敏材料。本方法生产工艺简单，所得的氧化锡与氧化铁复合的气敏材料具有空心兼分级结构，大幅度增加了材料的比表面积，获得高灵敏度的新型气敏材料。

技术领域

本发明涉及涉及一种三维分级结构氧化锡微球复合氧化铁纳米棒气敏材料的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺技术领域。

背景技术

进入21世纪后，全球工业迅速发展，为人类的发展带来巨大的益处，但是与此同时，环境污染问题也越来越严重，其中尤其是气体污染，不仅对社会财产产生巨大损失，同时也会给人类的身体健康产生巨大的挑战。因此，人们越来越重视对有毒气体的检测。除此之外，在气体储存、酒家检测方面对气体的检测也至关重要。对于气体的检测方法有多种，其中由金属氧化物制备的半导体气敏传感器由于其灵敏度高，使用寿命长，成本低等优点而被广泛应用。主要的金属氧化物有SnO₂、ZnO、Fe₂O₃等传统气敏材料，也有In₂O₃、NiO、CuO等新型气敏材料。本实验主要讨论的是SnO₂的气敏性能。SnO₂是一种典型的N型半导体，禁带宽度为3.6eV, SnO₂具有对气体检测可逆、吸脱附时间短、物理化学性质稳定、节约能耗、费用低等优点, 因此长久以来是气敏研究领域的重点。为了进一步提高SnO₂气敏性能，可以通过与其他金属氧化物复合形成异质结，加快金属氧化物之间的电子传输，从而提高材料整体的气敏性能。

对于纳米材料来说，其形态结构的变化会对材料的气敏性能产生较大的影响，不仅能够进一步改善SnO₂气敏材料的选择性，还能使其灵敏度得到进一步提升。目前已经有多种形态的纳米结构SnO₂被成功制备，如Lin 等人(Lin, Ying, et al. Synergistically improved formaldehyde gas sensing properties of SnO₂microspheres by indium and palladium co-doping.Ceramics International 41.6(2015): 7329-7336.)对介孔SnO₂微球的成功制备。由于单一的气敏材料始终存在一定的限制，所以人们越来越关注对于金属氧化物复合气敏材料的制备。与其他金属氧化物复合后，一方面使金属氧化物形成多维分级结构，从而增大材料的比表面面积，使得气敏材料能够吸附更多的测试气体；另一方面，不同金属氧化物之间能够形成异质结，促进电子与空穴的分离，加快电子的传输，从而改善材料的气敏性能，如Ju, Dianxing 等人(Ju,Dianxing, et al. High triethylamine-sensing properties of NiO/SnO₂ hollowsphere P–N heterojunction sensors. Sensors and Actuators B: Chemical 215(2015): 39-44.)研究了SnO₂与NiO复合后对气敏性的影响。SnO₂虽然是一种传统的气敏材料，但是关于异质结领域还有很多问题需要解决，因此在这一领域还需要进一步研究。

发明内容