[发明专利]一种基于双金属MOF路线构建的耐湿高选择响应三乙胺气敏材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于半导体氧化物功能材料与化学传感器技术领域，公开了一种基于双金属MOF路线构建的耐湿高选择响应三乙胺气敏材料及制备方法和应用。该制备方法包括Sn/Zn双金属MOF前驱体的制备，然后在马弗炉中于空气气氛下煅烧获得耐湿高选择响应三乙胺气敏材料。该气敏材料可制作成旁热式结构的传感器用于三乙胺的实际测定。在270℃工作温度下，本发明气敏材料对三乙胺具有优异的选择响应特性。同时本发明耐湿高选择响应三乙胺气敏材料对100ppm三乙胺在较高的湿度环境下(65‑75％RH)具有较为优异的灵敏度与响应恢复特性(T_res/T_rec＝4/60s)。基于该气敏材料的三乙胺高选择性响应传感器具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体氧化物功能材料与化学传感器技术领域，具体涉及一种基于双金属MOF路线构建的耐湿高选择响应三乙胺气敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的发展以及工业化进程的推进，各类气体的监测和排放成为生产生活中重要的一环。三乙胺(TEA)，它是一种常见的挥发性有机污染物(VOCs)。目前已被广泛应用于许多领域，如农业、渔业和工业，以及药物和保健。但因其剧毒性、易挥发、易燃性等特殊性质对环境和人类健康带来了巨大的风险。因此，开发一种简单、高效、低成本、稳定的TEA传感器用以检测环境中的三乙胺，具有非常重大的现实意义。

金属有机框架(MOFs)在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。它可以推动制备具有大比表面积、结构规则、孔径可调节和金属中心和配体多样性的新型材料。此外，MOFs可作为热解制备多孔功能金属氧化物的牺牲模板。与其他方法相比，所得的金属氧化物具有表面积大、孔隙率高等优点。特别是金属氧化物复合材料可以通过含有不同种类和数量金属中心的MOFs的热分解直接实现。近些年来，构建MOFs材料应用于气体传感器领域开始变得热门。例如Sun等人通过构建Co/Zn双金属MOFs制备了具有p-n异质结结构的Co₃O₄/ZnO，复合材料对10ppm的甲醛在较低的温度(120℃)下具有较高的响应值(6.17)和优异的选择性；Du等人基于ZIF-8模板衍生制备了ZnO-CsPbBr₃多面体结构，样品具有60-100ppmTEA的较高响应；sun等人通过构建Zn/Fe双金属MOF衍生制备了多孔橄榄型的ZnFeO₄(ZFO)纳米颗粒。其中基于ZFO-450的传感器表现出在120℃下对乙醇的高响应(5-5ppm)，以及极佳的选择性与稳定性。因此，利用MOFs作为牺牲模板，有望合成具有独特纳米结构的高性能传感材料。

随着绿色健康可持续发展的要求以及生活水平的提升，对各类污染气体浓度的实时、准确、持续地监测提出了更高的要求。然而，目前针对于三乙胺的传统检测分析方法，如电化学传感器、光学传感器、声表面波传感器等，它们受制于测试周期长，成本昂贵，工艺设备复杂，选择性差等问题。相对而言，基于金属氧化物半导体的电阻型化学传感器具有制备简单，成本低廉、可实时检测的优点，特别是具有高灵敏度，稳定性好以及适用性广等优势。目前已经成为检测三乙胺含量非常有效的手段。这些基于电阻的传感器主要是金属氧化物半导体(MOSs)，它包括n型金属氧化物半导体ZnO、SnO₂、In₂O₃、WO₃与TiO₂以及p型金属氧化物半导体Co₃O₄、NiO，CuO、NiCo₂O₄与NiMoO₄等。单一的金属氧化物已得到了广泛的研究。但是在复杂的环境条件下较差的响应特性大大限制它们的应用。本发明通过构建双金属MOFs前驱体经简单一步煅烧获得了具有n-n异质结的SnO₂/ZnO复合材料。该复合材料在较大湿度环境(65-75％RH)下表现出对三乙胺具有优异的响应特性。

发明内容