[发明专利]一种多核-壳结构的ZnO多孔材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多核‑壳结构的ZnO多孔材料的制备方法与应用。该制备方法包括以下步骤：二水乙酸锌溶于甲醇溶液中，磁力搅拌10min后，超声处理10min，再继续磁力搅拌10min，作为溶液A；将水杨酸溶于甲醇溶液中，磁力搅拌20min，作为溶液B；将溶液A和溶液B混合，磁力搅拌10min后，再混合溶液转移至反应釜中，连同反应釜置于烘箱中160℃时反应24h，反应产物分别用乙醇和水离心洗涤3次后，于烘箱中于60℃干燥12h，得到浅黄色粉末；步骤4，将浅黄色粉末煅烧2h，即可。本发明制备方法简单，且所得多核‑壳结构的ZnO多孔材料应用领域广。

技术领域

本发明属于气敏材料技术领域，具体涉及一种多核-壳结构的ZnO多孔材料的制备方法与应用。

背景技术

人类呼出气体包含来自人体代谢过程的数千种不同的挥发性有机化合物（VOC），对于糖尿病患者来说，身体会产生过量的酮类物质，如丙酮，这是因为人体使用脂肪代替葡萄糖来产生能量，然后在呼吸过程中呼出。丙酮已成功用作糖尿病的生物标志物，特别是1型糖尿病，目前通过气体分析技术已经可以定量分析丙酮浓度从而诊断患者的糖尿病情况，已经有许多研究报道了使用气相色谱（GC-MS）、离子迁移谱法(IMS)、选择离子流动管质谱技术(SIFT-MS)和质子转移-质谱法(PTR-MS)。虽然这些技术灵敏可靠，但成本很高、体积较大、操作复杂，并不适合日常监控，因此研发便携灵敏的丙酮传感器非常重要。半导体气敏电阻传感器由于其体积小、稳定性高、便于操作、造价低等优势，成为比较合适的呼出气丙酮探测手段。

ZnO作为一种最基本的半导体材料在过去几十年内已经被广泛研究和使用，在1989年首次被用作检测丙酮的传感材料，其灵敏度较低、选择性和稳定性差的缺点一直限制它实际应用。但随着纳米技术的进一步发展，通过掺杂和调控形貌提高材料气敏性能的手段已经逐渐成熟，ZnO的气敏性能得到改善。

发明内容

针对目前ZnO传感材料选择性的不足，本发明的目的在于提供一种多核-壳结构的ZnO多孔材料的制备方法与应用，该制备方法通过非常简单的一步水热法，无模板自组装生长构造多核-壳多孔ZnO微米球，克服ZnO选择性差的缺点，在氢气(H₂)、甲烷(CH₄)、丙烷(C₃H₈)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、甲醇(CH₃OH)、丙酮(CH₃COCH₃)这几种气体中，对丙酮具有优异的选择性和较高的灵敏度。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种多核-壳结构的ZnO多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，二水乙酸锌(Zn(AC)₂·2H₂O)溶于甲醇溶液中，磁力搅拌10min后，超声处理10min，再继续磁力搅拌10min，作为溶液A；

步骤2，将水杨酸(C₇H₆O₃)溶于甲醇溶液中，磁力搅拌20min，作为溶液B；

步骤3，将溶液A和溶液B混合，磁力搅拌10min后，再混合溶液转移至反应釜中，连同反应釜置于烘箱中160℃时反应24h，反应产物分别用乙醇和水离心洗涤3次后，于烘箱中于60℃干燥12h，得到浅黄色粉末的多核-壳结构的ZnO微米球；

步骤4，将浅黄色粉末在400-600℃下煅烧2h，即得多核-壳结构的ZnO多孔材料。

作为改进的是，步骤3中乙酸锌和水杨酸的摩尔比为1-1.5：0.75-1.25。

作为改进的是，步骤3中溶液A和溶液B混合还加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）。

作为改进的是，步骤4中煅烧温度为450℃。