[发明专利]一种镍掺杂氧化锡纳米材料、甲醛气敏传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种镍掺杂氧化锡纳米材料，包含镍掺杂的二氧化锡纳米颗粒，镍掺杂的原子数百分比为0.1％～10％，纳米颗粒的粒径不大于250nm，纳米颗粒表面成粗糙的椭球状。本发明提供了镍掺杂氧化锡纳米材料的制备方法及其用途。本发明还提供了包括镍掺杂氧化锡纳米材料的甲醛气敏传感器，其制备方法及用途。本发明所制备的镍掺杂氧化锡纳米材料以及镍掺杂的氧化锡基甲醛气敏传感器具有响应速度快、灵敏度高，选择性好、工作温度低、超低检测极限和长期稳定性好的特点。

技术领域

本发明涉及气体传感技术领域，尤其涉及一种镍掺杂氧化锡纳米材料、甲醛气敏传感器及制备方法。

背景技术

甲醛是一种无色、可燃且气味强烈的物质，常在于建筑材料和家居产品中。一般居室中的甲醛来源主要包括冲压木材产品、吸烟和燃烧设备。当甲醛在空气中的浓度超过0.1ppm(每100万份空气中的甲醛含量0.1份)时，有些人可能会有各种短期不良反应，如流泪、眼鼻喉烧灼感、咳嗽、气喘、恶心和皮肤腐蚀等。而工厂工人、实验室人员以及某些医疗工作人员可能会长期暴露在比一般公众更高浓度的甲醛环境，面临更大的健康风险。目前，甲醛已被国际癌症研究机构(IARC)列为已知的人类致癌物之一，同时一些针对工作中接触甲醛的人的研究表明，甲醛与几种癌症诱发有密切的联系，包括鼻咽癌和白血病。

目前已有的甲醛传感器种类，包括基于甲醛气体的还原性的半导体气敏传感器、基于硅胶颗粒的可视化荧光甲醛传感器、甲醛声表面波气体传感器、基于分子筛吸附机理的甲醛气体分子筛传感器和甲醛气体电子鼻。其中，传感器基于金属氧化物半导体气敏材料具有制备简单、成本低廉等优点，但对于实际环境中存在甲醇、乙醇、苯、甲苯、硫化氢、氨气、液化气和汽油等气体分子的干扰时选择性不高，检测结果存在一定误差。

二氧化锡是最早应用在半导体气体传感器领域的材料之一，其具有较好晶体结构、电导率和适用强等优点，一直是研究和应用的热点。二氧化锡金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加，在检测还原性气体时阻值随气体浓度的增大而减小。在实际应用中纯的二氧化锡气敏材料存在对甲醛响应度不高和选择性不好等诸多不足。现有技术中，对二氧化锡进行掺杂其他贵金属以改善其作为气敏材料的缺陷，如铂(Pt)，钯(Pd)和金(Au)等，但是掺杂贵金属昂贵存在严重污染环境的缺陷。另外，现有半导体气敏传感器还存在工作时温度偏高，响应时间长等缺点，急需进一步开发性能更好，在较低温度下对甲醛分子响应灵敏度高、响应时间短和选择性好的的气体传感材料，解决现有技术中半导体气体传感器上述不足。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种镍掺杂氧化锡纳米材料、甲醛气敏传感器及制备方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有二氧化锡半导体气敏传感器对甲醛响应灵敏度不高、选择性不好、检测极限不达标和工作温度偏高。

为实现上述目的，本发明提供了一种镍掺杂氧化锡纳米材料，其包含镍掺杂的二氧化锡纳米颗粒；其中，镍掺杂的原子数百分比为0.1％～10％，所述纳米颗粒的粒径不大于250nm。

进一步地，所述纳米颗粒表面成粗糙的椭球状；

进一步地，所述镍掺杂的原子数百分比为1％～10％；优选为2.5％～7.5％。

本发明还提供了一种镍掺杂氧化锡纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1-1，将草酸和锡源试剂加入溶剂中，搅拌后加入镍源试剂和表面活性剂，搅拌得混合溶液；

步骤1-2，将步骤1-1得到的混合溶液采用一步溶剂热法制备、后处理得到镍掺杂的氧化锡纳米颗粒粗品；

步骤1-3，将步骤1-2得到的氧化锡纳米颗粒粗品进行干燥、煅烧得到镍掺杂的二氧化锡纳米颗粒产品。