[发明专利]一种SnO2纳米管的制备方法及气体传感器应用

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器和气敏材料技术领域，尤其涉及一种SnO₂纳米管的制备方法及气体传感器应用。

背景技术

SnO₂是一种典型的n型金属氧化物半导体，具有独特的物理和化学特性，广泛应用于透明电极、催化剂、气体传感器等领域。在气体传感器领域，SnO-₂是研究最为广泛和深入的一种气敏材料，具有原料丰富、制备容易、稳定性优异、表面敏感特性好等特点。采用SnO-₂作为活性材料制备的气体传感器具有制作工艺简单、价格低、稳定性好等优点。纳米材料的发展，为开发高性能气敏材料提供了重要思路。纳米材料的结构对其性能具有重要影响。通过各种化学制备手段，人们可以合成具有各种特殊纳米结构的材料，例如纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米管和纳米片等。其中，纳米管结构具有大表面体积比、内部中空、空隙丰富、结构有序利于电子传导等特点，是一种很有潜力的气敏材料。

金属氧化物纳米管材料的制备多采用模板法，如多孔阳极氧化铝（AAO）。但是，此种方法因需要对模板进行后期处理，从而使得合成步骤繁琐、成本高、模板不易完全除净、管状结构易受到破坏，因而极大限制了SnO₂纳米管材料的合成和应用。因此，从科学研究和实际应用的角度出发，发展一种步骤简单、成本低廉的制备方法，对于开发SnO₂纳米管的应用性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术分析，提供一种步骤简单、反应条件温和、易于控制产物SnO₂纳米管形貌的牺牲模板制备方法，并将其用于制作气体传感器，具有潜在的应用价值。

本发明的技术方案：

一种SnO₂纳米管的制备方法，其特征在于所述制备方法的起始原料是廉价易得的KMnO₄，MnSO₄·H₂O，SnCl₂·2H₂O和去离子水，采用水热反应，常温氧化还原反应，经过离心，洗涤，烘干和焙烧等处理，首先制备MnO₂纳米棒牺牲模板，由于MnO₂具有氧化性，Sn²⁺具有还原性，在酸性条件下，二者会发生氧化还原反应，MnO₂被还原成Mn²⁺，Sn²⁺被氧化成Sn⁴⁺，同时在纳米棒模板表面水解生成Sn(OH)_x，经过焙烧后转变成SnO₂。所制备的SnO₂纳米管由纳米粒子组装而成，纳米管的长度为0.5～2μm。

所述SnO₂纳米管制备方法，包括以下步骤：

（1）MnO₂纳米棒牺牲模板制备

将0.63g KMnO₄和0.25g MnSO₄·H₂O溶解于40mL去离子水中，经磁力搅拌至完全溶解，转移到50 mL水热反应釜中。将水热反应釜在160℃下恒温反应12h，取出反应釜冷却至室温，通过离心机收集反应产物，经洗涤后80℃干燥，得到棕色的MnO₂纳米棒；

（2）SnO₂纳米管制备

将60mg步骤（1）所制备的MnO₂纳米棒分散于35mL去离子水中，经磁力搅拌至分散均匀，称量0.25g SnCl₂·2H₂O加入到上述混合液中，继续搅拌，反应48h。通过离心机收集反应产物，经洗涤后80℃干燥，将所得产物在500℃下焙烧1h，得到灰白色SnO₂纳米管。

所述利用SnO₂纳米管制作气体传感器步骤如下：

将SnO₂纳米管加水制成浆料，涂敷在氧化铝陶瓷管上，氧化铝陶瓷管上有两个金电极和四根铂导线，管中为镍-铬加热丝。将陶瓷管焊接在六脚底座上，制得气体传感器。采用HW-60A气敏测试仪，测试传感器的气体敏感特性，测试温度为300℃，测试气体为乙醇，空气湿度为35%。

本发明的优点和积极效果如下：