[发明专利]2D ZnO@3D CF纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种2D ZnO@3D CF纳米复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：对三聚氰胺树脂泡沫进行清洗，干燥，升温至600～1000℃保温，冷却至室温，得到3D泡沫碳；将3D泡沫碳浸入溶液A中并保温，取出3D泡沫碳后进行清洗和干燥，得到3D CF，重复CF吸收锌方法6～12次，得到处理后CF，将处理后CF浸入溶液C中，再于80～100℃反应12～24h，降至室温，将该处理后CF浸入去离子水中1～5h，取出处理后CF清洗，干燥，再于200～350℃反应1～3h即可。该2D ZnO@3D CF纳米复合材料作为气敏材料时，在120℃较低的工作温度下能够表现出优异的气体敏感性能。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体来说涉及一种2D ZnO@3D CF纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

乙醇是一种易燃易爆类有化合物，其沸点较低，极易因挥发或泄露而导致燃烧或爆炸等安全事故，从而对人身及财产安全造成巨大的损失。空气中的乙醇气体对口鼻、皮肤、呼吸道等具有严重的刺激作用，长期接触容易引发多种疾病。乙醇气体广泛应用于生物化学、道路安全、食品及医药安全等领域，对乙醇气体进行检测是现代检测技术中一种十分重要的一部分。目前检测乙醇气体常用的方法有气相色谱法、电化学传感器法、傅里叶变换红外光谱、光声光谱和拉曼光谱等。然而这些方法存在着一些不足：如分析检测的滞后性不利于在线检测，样品预处理及检测程序比较复杂等。

半导体气体金属氧化物传感器近年来发展迅速，被广泛应用于环境气体监测、空气质量控制和化学过程控制等领域，气体传感器检测方法恰好可以弥补上述检测方法的缺点与不足。气体传感器的核心是气体敏感材料，所以对气敏材料的深入研究显得尤为重要。

半导体金属氧化物气体传感器是利用气体敏感材料暴露于待测气体中时，被测量(电阻、电压等)随着待测气体种类与浓度的变化而产生变化的原理制备的，因此气体敏感材料、气敏元件结构以及气敏性能是金属氧化物气体传感器研究的重点。通过对气体敏感材料的构成及其微观形貌结构的优化设计，研究出了一系列新的气敏材料。纳米科技的兴起推动了材料合成与制备技术的快速发展，基于半导体金属氧化物的气体传感器在许多方面取得了突破性的进展，如灵敏度、工作温度、稳定性、重复性以及选择性等。据报道半导体金属氧化物气体传感器的性能增强方法主要有提高敏感材料的比表面积(降低尺寸、控制合成多空结构、3D分级结构等)和敏感材料的修饰改性(稀土掺杂、贵金属担载、碳掺杂、不同半导体金属氧化物复合等)。然而在过去的科研工作中，这些气敏性能增强方法主要重视材料的灵敏度这一指标的提升，当工作温度过高时，半导体金属氧化物的晶粒内部会发生聚集，这对气体气敏材料的可靠性、稳定性等性能产生一定影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种2D ZnO@3D CF纳米复合材料的制备方法，该制备方法绿色、简便、安全并能够规模化、大批量生产2D ZnO@3D CF纳米复合材料。

本发明的另一目的为上述制备方法获得的2D ZnO@3D CF纳米复合材料，该2DZnO@3D CF纳米复合材料能够在较低的工作温度检测乙醇气体。

本发明的另一目的为上述制备方法在降低气敏材料的工作温度中的应用。

本发明的另一目的为上述2D ZnO@3D CF纳米复合材料在检测乙醇中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种2D ZnO@3D CF纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)对块状的三聚氰胺树脂泡沫进行清洗，干燥，干燥后升温至600～1000℃保温1～3h，冷却至室温20～25℃，得到3D泡沫碳；

在所述步骤1)中，用去离子水对所述三聚氰胺树脂泡沫进行清洗：将三聚氰胺树脂泡沫浸入去离子水后超声，用于去除杂质，其中，超声时间大于等于10min。