[发明专利]一种Pd掺杂的rGO/ZnO-SnO2

说明书

本发明涉及一种Pd掺杂的rGO/ZnO‑SnOsubgt;2/subgt;异质结四元复合材料、制备方法及其应用，属于气体传感器技术领域。所述复合材料是一次颗粒团聚而成的二次颗粒，一次颗粒以二维网状结构的rGO为基体，片状纳米材料ZnO和SnOsubgt;2/subgt;包覆在所述基体表面，且ZnO和SnOsubgt;2/subgt;复合形成n‑n型异质结，ZnO、SnOsubgt;2/subgt;和rGO分别形成p‑n型异质结，Pd纳米颗粒掺杂在ZnO、SnOsubgt;2/subgt;和rGO中。所述方法首先将片状ZnO纳米材料和氯化亚锡在水中混合并依次加入DMF、氢氧化钠和氯化钯得到混合液，然后与氧化石墨烯解离液进行水热反应，最后进行煅烧。所述复合材料用于氢气传感器中具有高选择性、快速响应和低浓度检测的特点。

技术领域

本发明涉及一种Pd掺杂的rGO/ZnO-SnO₂异质结四元复合材料、制备方法及其应用，属于气体传感器技术领域。

背景技术

氢气(H₂)是一种无色、无臭、无味、可再生、无污染和易燃易爆的气体，具有较高的燃烧热(142KJ/g)，较低的最低点火能量(0.0017mJ)和较宽的可燃范围(4％～75％)，燃烧速度高，被认为是最好的清洁能源载体之一，并在航天、石化和生物医学等方面得到了广泛应用。然而，由于其本身的特性，氢气在生产、使用和运输过程中的意外泄露是一个重要的安全问题，特别是当氢气浓度超过4％时，会具有很高的爆炸敏感性和危险性。因此，对低浓度的氢气进行快速而准确的现场分析和在线监测具有重要意义。

气敏材料是一种对某种环境中某种气体十分敏感的材料，一般都是某种类型的金属氧化物；当气敏材料吸附某种气体后，材料的电阻率会发生变化，因此常将其用于气体传感器领域。目前，电阻型氢气传感器因其灵敏度高、长期稳定和具有集成氢传感性能的优点受到了广泛关注，该类氢气传感器主要由半导体金属氧化物如SnO₂、In₂O₃或NbO等构成。然而，单独一种金属氧化物构成的氢气传感器存在的普遍问题是特异性较差，在响应氢气的同时，对其他还原性气体也有着不可忽略的响应；其次是工作温度高，传感器功耗大；同时，响应和恢复时间较长，不能准确快速有效的反应环境中气体的真实情况。相比于单独一种金属氧化物，近年来两种金属氧化物复合纳米材料作为氢气敏感材料也受到广泛研究。常见的是n-n型异质结结构，例如ZnO-SnO₂、NiO-ZnO和 TiO₂-SnO₂等，相比于单独金属氧化物材料，n-n型异质结结构的材料有效提高了传感器的灵敏度，降低了工作温度，但是仍存在气体响应较小、响应/恢复时间参数较长和选择性较差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Pd掺杂的rGO/ZnO-SnO₂异质结四元复合材料、制备方法及其应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种Pd掺杂的rGO/ZnO-SnO₂异质结四元复合材料，所述复合材料是由粒径为20nm～40nm的一次颗粒团聚而成的二次颗粒，一次颗粒以二维网状结构的还原氧化石墨烯(rGO)为基体，片状ZnO纳米材料和片状SnO₂纳米材料包覆在所述基体表面，且ZnO和SnO₂复合形成n-n型异质结，ZnO、SnO₂和rGO 分别形成p-n型异质结，钯(Pd)纳米颗粒掺杂在ZnO、SnO₂和rGO中；所述复合材料中rGO的质量为ZnO和SnO₂总质量的1.5％～6％。

优选的，所述复合材料中Pd、Sn和Zn的摩尔比为1:3～6:12～18。

优选的，所述复合材料中rGO的质量为ZnO和SnO₂总质量的3％～5％。