[发明专利]一种负载铂的二氧化锡纳米纤维气敏材料及其气敏元件

说明书

本发明公开了一种贵金属修饰二氧化锡纳米纤维气敏材料及其气敏元件。以电纺二氧化锡纳米纤维作为基体，利用紫外光催化还原氯铂酸，在纤维表面进行贵金属Pt修饰，所得复合材料中贵金属的含量在1.59wt%~6.85wt%。该气敏材料的一维纳米结构特征有利于电子的传输，并且其比表面积高、分散性好；通过贵金属修饰进一步优化了材料的气敏性能。以该材料应用于传感元件，可对乙醇表现出良好的选择性和灵敏度。将材料涂在陶瓷管表面，退火，将煅烧过的陶瓷管芯及镍‑铬加热丝焊接在底座上，制成气敏元件。本发明制备工艺简单，所得材料一致性好，成本较低，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于敏感材料与器件技术领域，具体涉及一种负载铂纳米颗粒的二氧化锡纳米纤维气敏材料及其气敏元件。

背景技术

随着科学技术和经济的迅速发展，工业生产中和生活中所产生的气体种类越来越多，人类的日常生活和生产活动与周围气氛环境紧密相关，气氛的变化对人类有极大的影响，那么气体传感器的作用也日益显著。气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。目前对于气体的检测手段主要包括半导体传感器、电化学传感器、接触燃烧式传感器、红外线传感器，而半导体气体传感器因其结构简单，寿命长，响应速度快和恢复，成本低，维护成本低等优点，具有商业化前景和市场潜力。

半导体气体传感器最核心的就是气敏材料，SnO₂作为一种n型宽带隙半导体，由于其高灵敏度，快速响应时间，高的化学稳定性而成为应用最广泛最有前途的气敏材料之一，对二氧化锡纳米材料的制备和气敏性质研究一直是当今气敏材料和器件研究的热点。目前，SnO₂纳米材料的气敏性能在某些方面仍然存在一些不足，如工作温度高、选择性差等问题，大大限制了其进一步应用。通常，有许多策略来提高材料的气敏性，例如增加它们的活性比表面积，以提供更多的活性位点，与其他半导体材料形成p-n异质结，或者通过负载贵金属等方式。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型铂纳米颗粒表面修饰的二氧化锡纳米纤维气敏材料并制备成气敏元件。该方法工艺简单，材料均匀性好，传感元件对乙醇的响应灵敏度高，且选择性好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1、以静电纺丝的方法获得SnO₂纳米纤维作为基体，通过紫外光催化还原技术来实现贵金属Pt修饰SnO₂气敏材料。

2、根据上述方案，所述的SnO₂纳米纤维的制备方法为：通过静电纺丝技术制备高分子/锡前驱物复合纳米纤维,再将复合纳米纤维放在马弗炉中进行热处理，然后在常温下冷却就得到SnO₂纳米纤维。

3、根据上述方案，所述的高分子材料可为聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚丙烯腈等。

4、根据上述方案，所述的煅烧速率为0.5~2℃/min，煅烧温度为500~800 ℃。

5、根据上述方案，所述的SnO₂纳米纤维为金红石相，直径约为50~ 500nm。

6、根据上述方案，所述的Pt修饰SnO₂纳米纤维的制备方法：SnO₂纳米纤维加入到一定浓度的氯铂酸溶液，进行光催化还原在其表面修饰Pt纳米粒子，用去离子水和乙醇反复洗涤后干燥，并放在马弗炉中进行热处理，得到最终的Pt修饰SnO₂纳米纤维样品。

2. 根据上述方案，所述紫外光原位还原技术条件为：氯铂酸浓度为0.05 mmol/L~ 1 mmol/L，暗室吸附10~60 min，紫外光照10min~90min，保护气氛为N₂，Ar，或者N₂/H₂，Ar/H₂等。