[发明专利]一种多孔纳米α-Fe2O3中空球的制备方法及其低温酒敏性应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料的制备方法及其低温酒敏性应用。

背景技术

α-Fe₂O₃是一种典型的n型半导体，它的禁带宽度为2.2eV，具有很好的稳定性、磁性、气敏和催化性能，被广泛应用于颜料、记录材料、造影、催化和气敏材料中。其作为气敏材料在预报、检测有毒、有害气体方面有着独特的效果。用这种材料制成的气敏传感器由于具备结构简单、稳定性好、价格低和制作工艺少等优点被广泛研究。随着纳米科技的发展，纳米组装体系越来越受到人们的关注，现已经成为纳米材料研究的新热点。纳米α-Fe₂O₃作为气敏材料不仅性能优良，而且原料易得，所以一经发现就受到人们的青睐，得以迅速发展。但是传统的α-Fe₂O₃气敏材料在操作温度为400℃以上才具有较好的响应，从而限制了其实际使用。

因为多孔纳米中空球材料可以提供较大的表面积与体积比，能使扩散速度加快，提高气敏材料的气体扩散和质的传输能力，进而提高气敏性能，所以α-Fe₂O₃中空球气敏材料的开发必将具有广泛的应用前景。传统的制备中空球的方法通常要求使用模板，这就使得制备过程变得繁琐，模板的制备造成了成本的增加，同时在通过化学腐蚀或热处理祛除模板的过程中，还可能引起材料的污染。因此从科学研究和实际应用两个角度来考虑，选择简单、廉价非模板方式制备α-Fe₂O₃中空球材料具有重要的意义。

本发明提供了一种操作简单、成本低、环境污染小、能耗较低的非模板方式制备多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料的方法及其低温酒敏性应用。

发明内容

本发明的低温检测乙醇的多孔纳米α-Fe₂O₃中空球气敏材料，以廉价的Fe(NO₃)₃·9H₂O、H₂C₂O₄、CO(NH₂)₂和去离子水为起始原料，采用水热过程，经过干燥和焙烧处理。所得到的α-Fe₂O₃中空球材料中，α-Fe₂O₃粒子的平均粒径为30nm，中空球直径约为1μm左右，孔径分布集中在5-20nm，在10nm处出现较大几率值。

所述的纳米α-Fe₂O₃中空球气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

将0.81g Fe(NO₃)₃·9H₂O、0.18gH₂C₂O₄和0.24gCO(NH₂)₂溶解于40ml去离子水中，经磁力搅拌30min混合均匀后，转移至60ml的水热釜中。将混合液在140℃恒温下反应12h后，取出冷却至室温，收集所得沉淀，经过洗涤、40℃真空干燥、300℃程序升温(2℃/min)焙烧后得到纳米α-Fe₂O₃中空球材料。

所述的气敏材料的应用方法是：

将气敏材料涂敷在有铂丝引线的氧化铝陶瓷管上，加以镍一铬热阻丝，并将其焊接在六脚管座的相应位置上，最后将防爆网固定在底座上成型，制得旁热式气敏元件。采用电压测试法进行气敏性能测试：回路电压为5V；负载电阻可调；测试温度为室温；环境湿度为60％；测试气体种类包括乙醇、正己烷、H₂S、CO和H₂；预热时间为72h。

本发明的有益效果在于：

1.采用一锅式非模板法制备出α-Fe₂O₃中空球气敏材料，操作简单、成本低、环境污染小、能耗较低，可控性强。

2.制备的多孔α-Fe₂O₃中空球材料，α-Fe₂O₃粒子为纳米尺度，形成的中空球球形大小均一。