[发明专利]一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法。该制备方法具体包括：以四水合三氯化铟和1，4‑丁二胺为原料，以柠檬酸为表面活性剂，经水热反应、煅烧处理，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟微球。本方法生产工艺简单，使用廉价的表面活性剂，生产成本较低。所得氧化铟作为气敏材料，对甲醛气体具有良好的气敏性能，可应用于室内甲醛气体检测，大气环境监测以及食品安全等领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺技术领域。

背景技术

在人类的日常生活工作环境所以及野外环境中有各种气体, 其中有许多种气体是对人体有害或对环境有污染的。例如甲醛就是一种对人体有害的气体, 但甲醛作为一种重要的化工原料, 在工业生产中仍发挥着巨大的作用, 很难找到合适的替代品。因此, 对这些气体进行选择性检测, 进而对其实施实时监控迫在眉睫。而基于半导体金属氧化物气体传感器具有低功耗，价格低廉以及响应迅速等优点，是目前研究较多的一类气体传感器。但这类金属氧化物半导体气敏材料普遍存在着选择性不好等缺点, 其气敏机理大多属于表面控制型, 即气敏性能与表面积有较大的关系。近年来，尽管有关In₂O₃气敏传感器的研究已经取得了一定的成就，但研制高灵敏度，良好选择性，低检测限的In₂O₃气敏传感器仍然具有挑战性。

In₂O₃具有较大的禁带宽度，能带间隙接近于GaN，在可见光区具有低电阻率、高灵敏度、低工作温度、低吸光率和高红外反射率等优点。影响In₂O₃纳米材料性能的主要因素是其结构形貌，因此当前，很多研究人员致力于控制In₂O₃晶体形貌生成的研究，以便以此提高其各方面的性能。近年来，欧美发达国家相继报道了在光电薄膜领域氧化铟纳米材料的应用。近年来，三维分级结构与空心结构是气敏材料研究领域的热点，同时具有分级结构和空心结构的氧化物纳米材料将具有高的表面积和规则排列的不易发生团聚的纳米孔结构，因而被认为是非常有前景的气敏材料。但是，目前合成空心结构氧化铟大多数是用模板法，如曹阳等人以蔗糖为碳源，在通过水热方法合成均匀分散的碳小球的基础上，以碳小球为硬模板，采用硬模板法，通过在空气中灼烧的方法获得氧化铟空心小球（肖凯，王小红，张可喜，刘钟馨，曹阳，空心氧化铟小球的合成及其三甲胺气敏特性的测定，ChemicalEngineer，2014，06，0012-04）。这种方法需要去除模板，操作复杂，且容易引入杂质。本发明利用柠檬酸作为表面活性剂，制备出了有氧化铟纳米颗粒组成的空心分级氧化铟微球，由于具有空心分级结构，因而具有较大的比表面积，可以有效地提高气敏性能。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法。具有成本低，生产工艺简单，产率高，无环境污染的特点。所得具有多孔结构的氧化铟气敏材料的灵敏度得到大幅提高，可用于气体传感器等领域。实现本发明目的的技术方案是：一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法，其特征在于：以四水合三氯化铟和1，4-丁二胺为原料，以柠檬酸为表面活性剂，经水热反应、煅烧处理，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟微球。本方法生产工艺简单，使用廉价的表面活性剂，生产成本较低。所得氧化铟作为气敏材料，对甲醛气体具有良好的气敏性能，可应用于室内甲醛气体检测，大气环境监测以及食品安全等领域。具体合成步骤如下：

（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40 mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.02-0.05 mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.02-0.05 mol/L，柠檬酸的浓度为0.02-0.05 mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:(1-2)，四水合三氯化铟与柠檬酸的摩尔比为1:(1-2)；