[发明专利]具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气体传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器的制备，特别涉及一种具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气体传感器的制备方法。

背景技术

气体传感器在工农业生产、环境监测、医疗诊断和国防军事等领域有广泛的应用，而气敏材料则被视为发展先进气体传感器的关键。以金属氧化物半导体(例如SnO₂、ZnO、CeO等)为材料的气体传感器已经历经了广泛地发展，它的工作原理是通过半导体氧化物表面吸附气体或者与气体发生反应而引起半导体电阻的变化来检测某一种或几种气体。其中，金属氧化物纳米颗粒与普通的块状金属氧化物相比由于其自身固有的表面活性区域所以具有更加优异的气敏性能，In₂O₃纳米颗粒是一种n型半导体材料，它的禁带宽度为2.8eV，由于其电导率高，催化活性高，甚至是在室温下都具有优异的灵敏度，所以是一种有很大潜在优势的气敏材料。但是In₂O₃纳米颗粒的吉布斯自由能比较大，容易发生自发团聚，由此导致了比表面积比较小，所以选择性和灵敏度有待进一步提高。

自从碳纳米管被发现以来，一维纳米材料便凭借它一维的尺寸，独一无二的结构和优异的物理化学性能成为人们关注的焦点，并随之产生了大量的一维纳米材料，比如纳米线、纳米管、纳米棒等。其中TiO₂纳米带近年来引发人们广泛研究。TiO₂纳米带具有巨大的比表面积，可以作为基板来负载In₂O₃纳米颗粒，使In₂O₃纳米颗粒均匀地生长在TiO₂纳米带上，减少了In₂O₃纳米颗粒的团聚，从而扩大了比表面积。有人研究关于利用TiO₂纳米带与金属氧化物构造异质结构来大幅提升气敏性能，如H.Liu等(G.h.Chen,S.z.Ji,H.d.Li,X.l.Kang,S.j.Chang,Y.n.Wang,G.w.Yu,J.r.Lu,J.Claverie,Y.h.Sang,H.Liu High-Energy Faceted SnO₂-Coated TiO₂Nanobelt Heterostructure for Near-Ambient Temperature-Responsive Ethanol Sensor,ACS Appl.Mater.Interfaces,2015,7(44),pp 24950–24956.)发现将TiO₂纳米带和金属氧化物纳米颗粒结合构造的异质结构与单纯的金属氧化物相比活性位点大幅增加。由此可以看出，设计和制备具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气敏材料的气体传感器，将具有重要的科学和实践意义。然而，就我们所知，具有二氧化钛纳米带与氧化铟纳米颗粒复合的异质结构气敏材料的气体传感器从未被报道过。

发明内容

本发明设计了一种具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气体传感器的制备方法，通过简单的水热合成法制备氧化铟纳米颗粒并将其均匀地负载到二氧化钛纳米带上形成异质结构，目的在于提供一种具有表面活性高、性能更加优异的气敏材料的气体传感器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气体传感器的制备方法，其特征在于，所述异质结构材料由二氧化钛纳米带和在二氧化钛纳米带上液相生长的氧化铟纳米颗粒构成；再将氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构涂覆在气敏元件上，经过退火、锡焊后得到具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气体传感器。

一种具有氧化铟纳米颗粒/二氧化钛纳米带异质结构的气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取0.1g的P25溶解到20ml 10mol/L的NaOH溶液中，磁力搅拌混合均匀后，放入25ml的以聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，在180℃下反应72小时；

(2)将步骤(1)所得产物用酒精和去离子水多次洗涤，然后放入烘箱中干燥，得到钛酸钠纳米带；

(3)将钛酸钠纳米带放入0.1mol的HCl中浸泡48小时，离子交换得到钛酸；

(4)将钛酸溶入0.02mol的硫酸中，并在以聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，在100℃下水热处理6小时；