[发明专利]一种负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料的自还原制备方法

说明书

本发明公开了一种负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料的自还原制备方法。将柠檬酸钠碱性水溶液与氯化亚锡乙醇溶液混合，置于反应釜中加热至180℃反应12小时，产物洗涤干燥后得到花状四氧化三锡粉末。将其分散至去离子水中，加入氯金酸溶液，利用四氧化三锡自身的还原性将其还原为金纳米颗粒，搅拌后清洗产物并干燥。最后经煅烧处理后得到负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料。本发明方法简单、反应条件温和、可工业化，制备的二氧化锡纳米花尺寸均匀，比表面积高。本发明与传统方法相比简化了实验步骤并节约了成本，负载的金颗粒尺寸小、分布均匀且无团聚。负载金颗粒后二氧化锡纳米花对乙醇表现出更优异的气敏性能。

技术领域

本发明涉及一种气体传感材料的制备方法，通过制备贵金属颗粒负载的二氧化锡纳米花实现对乙醇气体的高灵敏检测，属于气体检测技术领域。

背景技术

二氧化锡是一种n型宽带隙(3.6eV@300K)半导体。由于其低成本，无毒，制造方便，灵敏度高，长期稳定性好，被认为是一种优良的气敏材料，已被广泛用于气体检测。传感器件的响应值主要是通过吸附在其表面的气体的反应情况所决定的。因此，材料的形貌将会是提高其气敏特性的一个非常重要的指标。已经证实，具有分级结构的三维纳米材料由于其高比表面积与孔隙率，使得气体能够更加快速且有效的吸附于材料表面，从而增强传感器性能。因此制备具有分级结构的二氧化锡气敏材料对于提高气敏性能具有很重要的意义。

单一的二氧化锡对气体的灵敏度不高，且工作温度与响应时间等均不能满足实际需求，需要进一步优化材料性能。提升二氧化锡气敏性能常用方法有掺杂、引入缺陷、构建异质结构和贵金属(Pt、Au、Ag等)的负载等。其中最常见且有效的是贵金属的表面修饰，能够大幅降低工作温度、提升灵敏度、缩短响应与恢复时间。但负载贵金属时，通常要将贵金属的尺寸控制在10nm以下才能够有效提升其气敏性能，实验难度较大。此外，纳米颗粒的团聚也通常需要添加稳定剂才得以控制，使得材料受到一定程度的污染。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料的自还原制备方法，利用本发明所述的制备方法所得到的金纳米颗粒负载的二氧化锡纳米花与现有常规方法所制备的材料相比，例如硼氢化钠还原氯金酸法，不仅简化了实验步骤，还具有合成方法简单、成本低、尺寸均一易控、无团聚等优点，可以有效提升其对乙醇气体的灵敏度、大幅降低工作温度并能够缩短响应时间。

一种负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料的自还原制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将柠檬酸钠溶于去离子水中，加入氢氧化钠得到水溶液；将氯化亚锡溶于乙醇中得到乙醇溶液；将乙醇溶液加入到水溶液中得到混合溶液，在室温下搅拌1h得到混合溶液；所述柠檬酸钠与氯化亚锡的摩尔比为(1.5-2)：1；加入氢氧化钠的量使得混合溶液的pH范围为12-13；

(2)将步骤(1)所得混合溶液转移至反应釜内，180℃下反应12h，然后自然冷却至室温；

(3)将步骤(2)所得产物用去离子水和乙醇离心洗涤数次，60℃下干燥12h，得到四氧化三锡纳米花；

(4)将步骤(3)所得粉末超声分散在去离子水中，得到悬浮液；

(5)向步骤(4)所得悬浮液中加入氯金酸溶液，在室温条件下搅拌1h；氯金酸溶液中引入的金元素与锡元素的原子比为(0.5-1.5)：100；

(6)将步骤(5)所得产物用去离子水和乙醇离心洗涤产物数次，60℃下干燥12h；

(7)将步骤(6)所得粉末置于马弗炉中，500℃煅烧2h后，得到负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花。

进一步，步骤(4)所述悬浮液中四氧化三锡的浓度为2-5mg/ml。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：