[发明专利]一种八面体金属氧化物复合材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种金属氧化物复合材料及其制备和应用。

背景技术

金属氧化物半导体材料应用于气体传感器的制备中，用于检测易燃、易爆、有毒、环境有害气体的检测。目前，常见的金属氧化物半导体材料分为N型半导体金属氧化物和P型金属氧化物，其中SnO₂和ZnO是应用最广泛的N型半导体气敏材料。单纯的金属氧化物半导体应用于气敏材料往往出现一些选择性差，灵敏度低等问题，而对金属氧化物半导体材料进行N-N型，N-P型，P-P型复合有效的解决了单纯金属氧化物半导体材料在气敏领域选择性差的缺陷。不同的复合方法和比例，会使材料表现出不同的气敏性能。

材料的尺寸和形貌能极大的影响材料的物理和化学特性，因此合成纳米或者微米尺寸特殊形貌的材料一直是研究的热点。金属氧化复合材料拥有超越单纯金属氧化物气敏性能的特点，例如，ZnSnO₃，EuFeO₃，CdIn₂O₄的纳米和微米级结构被广泛应用于气敏材料，气敏材料基于ZnSnO₃的气敏性能优于单纯的纳米和微米级SnO₂和In₂O₃材料的气敏性能。金属氧化物的颗粒的尺寸会影响材料的气敏性能，小尺寸的材料具有更高的比表面积，气敏性能更优越。

目前，通过水热，热分解，低温离子交换等方法合成了不同形貌的羟基锡酸锌(ZnSn(OH)₆)纳米或微米结构，如立方体，十四面体，线状。然而合成方法大多操作复杂，成本高，产率低。

发明内容

本发明目的在于提供一种八面体金属氧化物复合材料，其制备工艺简单，产量大，通过简单的温控法调节材料的尺寸以提升材料的气敏特性，用于鉴别甲醛气体，其灵敏度高，响应恢复时间短，是VOCs气敏传感器的绝佳材料。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种八面体金属氧化物复合材料，由1～6μm的ZnSn(OH)₆八面体焙烧而成，其组成为Zn₂SnO₄/SnO₂八面体，组成为立方晶系Zn₂SnO₄(JCPDScard：24-1470)和四方晶系SnO₂(JCPDScard：41-1445)的复合材料。

上述八面体金属氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将锌盐、柠檬酸的混合水溶液加入氯化锡的水溶液，搅拌混合均匀后加入适量浓度的NaOH溶液，在10-90℃剧烈搅拌反应4-6h，离心、洗涤、干燥得到尺寸范围为1～6μm的ZnSn(OH)₆八面体；

2)将上述ZnSn(OH)₆八面体置于550～750℃的空气气氛中，焙烧处理2～6h，所得白色固体粉末为Zn₂SnO₄/SnO₂八面体。

按上述方案，所述锌盐为ZnAc₂。

按上述方案，所述锌盐、柠檬酸、氯化锡摩尔比为1:(1～:3):1。

按上述方案，步骤1)在反应温度20℃下，得到尺寸大小为1.25μm的ZnSn(OH)₆八面体；或在反应温度40℃下，得到尺寸大小为3μm的ZnSn(OH)₆八面体；或在反应温度60℃下，得到尺寸大小为4μm的ZnSn(OH)₆八面体；或在反应温度80℃下，得到尺寸大小为5μm的ZnSn(OH)₆八面体。

按上述方案，步骤2中焙烧温度为600-700℃。

上述八面体金属氧化物复合材料应用于VOCs气体的检测。

上述八面体金属氧化物复合材料应用于甲醛气体的检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用共沉淀法制备ZnSn(OH)₆八面体材料，通过高温焙烧生成Zn₂SnO₄/SnO₂的复合材料，具有反应条件温，方法操作简单，成本低，环境友好，所得产品尺寸均一，分散良好，产率高，对于甲醛等VOCs气体具有优异的选择性，并且具有灵敏度高，稳定性好等特点。适合应用于传感器的制作和传感器大规模的生产使用。