[发明专利]一种贵金属原位共掺杂CuO基NO2

说明书

本发明一种贵金属原位共掺杂CuO基NO₂气敏材料的制备及其应用，涉及CuO基纳米材料制备领域。贵金属原位共掺杂CuO纳米材料制备方法包括以下步骤：向去离子水中分别加入1.3mmol的CuSO₄5H₂O和0.8～1mmol的柠檬酸三钠，搅拌后加入5～5.3mmol的NaOH，得溶液A；将375～1875μL浓度为0.017mol/L的氯金酸溶液和650～3250μL浓度为0.01mol/L的氯化钯溶液混合，得溶液B；将溶液B加入溶液A中，160℃条件下水热反应12h得到反应产物；冷却洗涤干燥热处理。上述方法制得的材料可制备气敏性能优越、适用于低工作温度检测的NO₂气体传感器。

技术领域

本发明涉及CuO基纳米材料的制备，具体涉及一种贵金属原位共掺杂CuO基NO₂气敏材料的制备及其应用。

背景技术

二氧化氮(NO₂)是一种有刺激性气味的红棕色气体，易溶于水，部分生成硝酸和一氧化氮。作为氮氧化物之一的NO₂，是工业合成硝酸的中间产物，主要来源于矿业开采的爆破作业、工业燃料的燃烧、城市汽车尾气以及硝酸和含氮肥料的生产过程中。每年有大约几百万吨NO₂被排放到大气中，是一种主要的大气污染物，是形成酸雨及光化学烟雾的主要因素。NO₂吸入人体后对肺组织具有强烈的刺激性和腐蚀性，容易引发呼吸道疾病，低浓度(4ppm)的NO₂会使鼻子麻痹，从而可能导致过量吸收并对人体健康造成伤害。因此，急需开发一种高灵敏度的NO₂气体传感器用于环境实时监测来保护人体健康。

在种类繁多的气体传感器中，金属氧化物半导体型气体传感器因具有灵敏度高、响应/恢复速度快、易于集成及价格低廉等优点而得到广泛应用。目前开发出的金属氧化物半导体材料，如SnO₂、Fe₂O₃、WO₃、In₂O₃、ZnO等n型半导体材料均对NO₂气体表现出良好的气敏特性。相比之下，CuO作为一种p型半导体材料，受到的关注相对较少。作为一种带隙宽为1.2～1.9eV的典型p型半导体材料，CuO材料近年来受到越来越多的重视，其在传感器中的应用目前主要集中在两方面，一是通过水热法或模板法等制备出不同形貌的纳米CuO材料，直接作为主体传感材料使用；另一方面是作为掺杂物质，通过原位或浸渍等方法对其他金属氧化物进行掺杂以提高被掺杂材料的气敏性能。然而CuO纳米材料作为主体材料用作气敏材料时的气敏性能往往不够理想，需要对其进行复合构建异质结结构或进行贵金属掺杂。

发明内容

Au和Pd作为常见的贵金属催化剂，具有较高的化学催化性能，通过向CuO前驱液中掺入一定量的贵金属Au和Pd，不仅会影响CuO纳米材料的形貌，而且双贵金属纳米晶可以通过改变组成、暴露晶面等变化产生优越的催化性能和气敏协同增敏作用。

针对目前CuO纳米材料对NO₂气敏性能相对较差等方面存在的问题，本发明提供一种贵金属原位共掺杂CuO基NO₂气敏材料的制备及其应用，目的是通过贵金属原位共掺杂的模式对CuO纳米棒进行修饰，以制备出气敏性能优越、适用于低工作温度检测的新型NO₂气体传感器。

一种贵金属原位共掺杂CuO纳米材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

①向30mL去离子水中分别加入1.3mmol的CuSO₄·5H₂O和0.8～1mmol的柠檬酸三钠粉末，搅拌15min后向溶液中加入5～5.3mmol的NaOH粉末，继续搅拌0.5h，得溶液A；