[发明专利]一种分级结构氧化铟空心管气敏材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涉及一种分级结构氧化铟空心管气敏材料的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺技术领域。

背景技术

近些年来，随着工业化的迅猛发展，环境与大气的污染问题也日益严重。随着科技的不断进步以及人们健康意识的增强，人们开始研发各种检测仪器和方法，以确保能够及时准确的检测环境中的有毒有害气体。气体传感器作为传感技术领域中的一个极其重要的分支而受到了广泛的关注。气体传感器使用最多的气敏材料为金属氧化物。金属氧化物主要是利用气体在其表面的吸附和表面反应而引起其电阻的变化来实现对待测气体的监测。传统的体相金属氧化物，由于尺寸大、反应活性低、吸附能力差，对气体的灵敏度不高，难以达到各种应用领域的检测要求。为了改善气体传感器的敏感性能，纳米化可以有效的提高材料的比表面积，显著改变晶体的有效电阻，增加气体反应活性位点。In₂O₃作为一种新型的气敏材料，与SnO₂、ZnO、Fe₂O₃等传统气敏材料相比，具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性等优点。其作为一种功能材料,由于具有优越的光学、电光等特性而倍受关注。

In₂O₃材料的形态和结构是影响这些应用性能的主要因素，许多人已经致力于在制备过程中控制它的形态和结构或者是开发新结构来实现性能的增强。分级纳米结构是由低维的纳米结构组装而成的，如0D纳米颗粒，1D纳米线、纳米棒和纳米管以及2D纳米片等，分级结构可以在不牺牲高比表面积的情况下具有多孔结构。近年来，对分级结构纳米In₂O₃的研究受到了广泛的关注。如JinyunLiu等(JinyunLiu,TaoLuo,FanliMeng,KaiQian,YutengWan,JinhuaiLiu.PorousHierarchicalIn₂O₃Micro-/Nanostructures:Preparation,FormationMechanism,andTheirApplicationinGasSensorsforNoxiousVolatileOrganicCompoundDetection[J].J.Phys.Chem.C,114(2010):4887–4894.)对分级结构In₂O₃纳米材料进行了合成。空心结构由于其高比表面积也吸引了很多人的研究，如Kwon-IlChoi等(Kwon-IlChoi,Hae-RyongKim,Jong-HeunLee.EnhancedCOsensingcharacteristicsofhierarchicalandhollowIn₂O₃microspheres[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,138(2009):497–503.)对空心结构的氧化铟进行了研究。而将空心管状结构与分级结构相结合是一个新颖的课题，它兼具了空心结构和分级结构的有点，很大程度上改善了材料的气敏性能。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种分级结构氧化铟空心管气敏材料的制备方法。具有成本低，生产工艺简单，产率高，无环境污染，易于工业化大规模生产的特点。所得空心管状分级结构氧化铟气敏材料的灵敏度得到提高，可用于气体传感器等领域。实现本发明目的的技术方案是：一种分级结构氧化铟空心管气敏材料的制备方法，其特征在于：以氯化铟和L-半胱氨酸为原料，以C纤维为模板，经水热反应、煅烧处理，得到具有分级结构的空心管状氧化铟。具体合成步骤如下：

（1）取少量C纤维分散于去离子水中，称取一定量的氯化铟、L-半胱氨酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.05-0.1mol/L，L-半胱氨酸的浓度为0.1-0.5mol/L，且控制氯化铟与L-半胱氨酸的摩尔比为1:(1-2)；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在170-220℃温度下，进行水热反应16-24小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在450-550℃下热处理3小时，得到空心兼具分级结构的氧化铟气敏材料。

附图说明