[发明专利]一种N3掺杂的ZnO材料及其制备方法与乙醇传感器

说明书

本发明公开一种N3掺杂的ZnO材料及其制备方法与乙醇传感器。方法包括步骤：首先将N3染料加入无水乙醇中，并超声，得到N3乙醇溶液；然后将二水合醋酸锌加入去离子水中，搅拌至二水合醋酸锌固体完全溶解，之后逐滴加入氨水，搅拌直至得到透明澄清的溶液，然后加入N3乙醇溶液；将得到的溶液进行反应，得到N3掺杂的ZnO材料。本发明选用能级与ZnO相匹配的染料N3，使激发光的利用范围拓展到可见光，减少了电子空穴对的快速复合，提高了光电转化率。在可见光照射下，制得N3掺杂的ZnO材料对于乙醇气体展现出灵敏度高、响应迅速、选择性好等特点。

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种N3掺杂的ZnO材料及其制备方法与乙醇传感器。

背景技术

ZnO是一种宽禁带的金属氧化物半导体材料，由于其在气体传感器方面有很好的应用前景，已经被广泛用于检测乙醇和其他有毒有害气体。近些年，学者们研究了各种各样提高传感器气敏特性的方法，如贵金属掺杂、形成异质结、构造纳米结构敏感材料等。但是这些方法往往合成过程复杂、条件苛刻、成本也较高。

最近研究显示，光激发是实现增强敏感特性的有效手段。首先光激发产生的光生载流子增加了材料中载流子密度；其次光激发可以改变材料表面吸附物质的电荷状态，降低晶界势垒高度；再次光激发降低耗尽层宽度，提高载流子隧穿的可能性；最后光激发活化反应气体，加速吸附物质的化学反应和脱附。在此基础上，一些紫外光激发型气体传感器被开发出来。虽然在一定程度上改善了器件对于气体的敏感特性，但是紫外光激发型气体传感器也存在一些不足：如光生电子空穴对的快速复合限制了敏感材料活性的增强，从而限制了在室温或较低温度下敏感特性的进一步提高，另外ZnO的带隙较宽只能吸收紫外光，光电转化率低，同样难以在实际中得到广泛的应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种N3掺杂的ZnO材料及其制备方法与乙醇传感器，旨在解决现有气体传感器在室温或较低温度下敏感特性较低，及光电转化率低较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种N3掺杂的ZnO材料的制备方法，所述N3为cis-二硫氰酸基双(N,N'-2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸)钌的简称，其中，包括步骤：

首先将N3染料加入无水乙醇中，并超声，得到N3乙醇溶液；

然后将二水合醋酸锌加入去离子水中，搅拌至二水合醋酸锌固体完全溶解，之后逐滴加入氨水，搅拌直至得到透明澄清的溶液，然后加入N3乙醇溶液；

将得到的溶液转移至反应釜中进行反应，反应结束后依次进行冷却、洗涤及干燥，得到N3掺杂的ZnO材料。

所述的N3掺杂的ZnO材料的制备方法，其中，所述反应的温度为80~120℃。

所述的N3掺杂的ZnO材料的制备方法，其中，所述反应的时间为5~12h。

所述的N3掺杂的ZnO材料的制备方法，其中，所述N₃乙醇溶液的浓度为0.2~0.5g/L。

所述的N3掺杂的ZnO材料的制备方法，其中，N₃、二水合醋酸锌与氨水的摩尔比为0.05~1.5:2.73×10³:2.36×10⁴。

一种N3掺杂的ZnO材料，其中，采用本发明所述的N3掺杂的ZnO材料的制备方法制备而成。

所述的N3掺杂的ZnO材料，其中，以所述N3掺杂的ZnO材料为基准，所述N3占所述N3掺杂的ZnO材料的质量百分比为0.015%~0.45%。

一种乙醇传感器，包括陶瓷管，其中，所述陶瓷管表面涂覆有本发明所述的N3掺杂的ZnO材料。