[发明专利]一种ZnO纳米棒复合物的制备方法

说明书

本发明的目的在于开发一种在低温下工作，制造成本更低的高性能LPG传感器，其主要功能材料为Pd、Pt纳米颗粒共修饰的ZnO纳米棒，将Pd、Pt纳米粒子均匀分布于ZnO纳米棒上进行修饰后，载体浓度和氧分的变化致使成本降低并提供高达49%的LPG敏感性。另外，对比于原始的ZnO传感器，灵敏度最大值的最优温度也降低了。为了实现上述实验目的，本发明是通过如下的技术方案实现。本发明公开了一种ZnO纳米棒复合物的制备方法，其包括以下步骤：步骤1，将锌源溶解到水中，然后加入适量的碱源，并控制反应体系的pH=12‑13；步骤2，将上述反应溶液转移到水热反应釜中进行反应，得到反应产物；步骤3，将上述反应产物分散在溶剂中后，向溶剂中再添加适量的钯源和铂源，搅拌一定时间后，分离产物，之后在150‑230℃下进行热处理，即可得到ZnO纳米棒复合物。

技术领域

本申请涉及化学传感器的制备领域，具体涉及一种ZnO纳米棒复合物的制备方法。

背景技术

在过去的几十年中，化学传感器在一些重要的技术中扮演着主要的角色，并且取得了长足的发展。高灵敏度的传感器装置不断在科学、工业和人们的日常生活中引起广泛关注。比如，与人们健康和生命安全密切相关，可以探测和监控潜在的易燃和有毒气体（如LPG以及其他危险气体）的化学传感器引起了极大的兴趣。特别地，LPG（液化石油气）在日常生活中的烹饪以及作为汽车发动机燃料的广泛应用，需要快速和具有选择性的LPG设备以精准地测度气体泄漏。尽管人类已经付出了相当大的努力，但可以检测LPG并防止发生意外爆炸的高级化学传感器仍未得以开发，这无论对于工业还是对公众都是一个极关紧迫的问题。

化学传感器是一种将化学刺激物转换成某种形式的响应的化学系统，这种响应可以通过金属氧化物表面和注入气体分子的相互作用产生的电子信号被轻易地检测到。有别于其他类型的化学气体传感器，金属氧化物电阻式传感器因其低生产成本和可靠耐用的性能成为研究人员的首选。一个典型的电阻式气体传感器包含了一种金属氧化物的主动传感层，其电阻对于周围的环境具有高灵敏度和选择性。气体响应高、选择性好、反应迅速和恢复快是一个优质传感器的基本要求。

近几年，纳米材料因其独特的形态（纳米片、纳米管、纳米线、纳米棒和纳米带等）以及高长径比等特点，在气体传感器的研究领域具有广泛研究，因为这种结构的纳米材料可以为表面反应提供大量的表面位点，因此，具有良好表面性能的功能性纳米结构材料的制备是提升气体传感器性能研究的主要领域。一些金属氧化物，例如SnO₂，ZnO，氧化铬，氧化镍等，因其独特的形态已经被成功地应用于检测不同类型的气体。

在前述的金属氧化物中，纳米结构的ZnO是一种多用途材料，因为它具有特殊的光电和介质性能及广泛的应用范围，包括气体传感器、染料敏化太阳能电池、光催化、抗反射涂料等。为满足多样化应用的需求，纳米结构的ZnO尝试了以纳米棒，纳米管和纳米线等形式制成传感电极的研究。在这些纳米结构中，纳米棒以其高的表面体积比，可以被潜在应用于制备大面积、高灵敏度和稳定性的气体传感器中。但是，这类传感器受灵敏度相对较低或响应缓慢的影响。因此，为增加气体响应和降低操作温度，并安全检测，Pd，Pt和Ag等贵金属纳米材料被用来对金属氧化物半导体表面进行修饰。尽管Pd纳米颗粒被负载于不同的金属氧化物纳米结构上用于检测各种危险气体，但对于Pd、Pt纳米颗粒共修饰的ZnO纳米棒对LPG传感性能的影响尚未研究。因此，本发明的主要内容集中在通过Pd、Pt纳米颗粒的共修饰，以期提高LPG的传感性能和ZnO纳米棒的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于开发一种在低温下工作，制造成本更低的高性能LPG传感器，其主要功能材料为Pd、Pt纳米颗粒共修饰的ZnO纳米棒，将Pd、Pt纳米粒子均匀分布于ZnO纳米棒上进行修饰后，载体浓度和氧分的变化致使成本降低并提供高达49%的LPG敏感性。另外，对比于原始的ZnO传感器，灵敏度最大值的最优温度也降低了。

为了实现上述实验目的，本发明是通过如下的技术方案实现。