[发明专利]一种n-p异质型核壳结构气敏材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种n‑p异质型核壳结构气敏材料及制备方法，具体涉及一种p型纳米Co₃O₄为核，n型纳米SnO₂为壳的Co₃O₄@SnO₂核壳结构气敏材料及制备方法。该发明的气敏材料一方面避免了核层p型Co₃O₄直接暴露在空气中导致的界面电子耗尽，另一方面利用壳层的n型SnO₂改善气敏材料的能带结构，以提高气敏材料针对特定气体的灵敏度以及选择性。本发明所采用的方法原料来源广泛，价格低廉，而且化学制备手段简单；所获得的的n‑p异质型Co₃O₄@SnO₂核壳结构气敏材料灵敏度高，选择性强。

技术领域

本发明涉及气敏材料领域，具体涉及一种n-p异质型核壳结构气敏材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国汽车保有量的快速增长，汽车尾气中产生大量的NOx（主要是NO₂和NO），将会严重影响空气质量，导致PM2.5飙升。针对日益突出大气环境污染问题，2016年1月1日国家正式施行《中华人民共和国大气污染防治法》。所以，防治大气污染，监控气体污染源具有高度紧迫性。目前，面向大气检测的商业化NO₂传感器主要是基于电化学原理，其结构复杂，价格昂贵，响应速度较慢。因此，发展针对NO₂等有毒有害气体的快速、高灵敏度、低浓度（ppb量级）检测技术具有重要意义。

目前提高材料气敏性能的方法主要有贵金属敏化和制备多元复合材料。但贵金属昂贵的价格和毒性限制了其商业化应用，金属氧化物来源广泛，价格低廉，而且化学制备手段简单，结构剪裁更为丰富并可控。通过将不同的金属氧化物进行复合，可以改善材料的能带结构，调节材料表面或界面的电子耗尽层（n型）或者空穴聚集层（p型），从而提高材料的气敏性能。如Wang 等用化学法制备了n-p型SnO₂-Co₂O₃/Cr₂O₃气敏材料（Solid.State.Electron, 2000, 44 (9), 1603-1607.）；Bekermann等用等离子电化学沉积制备n-p型ZnO-Co₃O₄气敏材料（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4 (2), 928-934.）；Hur等用溶液法制备n-p型ZnO-CuO气敏材料（Physica Status Solidi (a) 2013, 210 (6),1213-1216.）；中国专利CN 103115946 B 发明了一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法及应用；中国专利CN 104020193 A公开了一种p-n结型ZnO-CoTiO3室温气敏薄膜的制备方法。由此可见，将n型和p型氧化物通过一定的技术组装构建异质型复合结构，为开发灵敏度高、选择性强的气敏材料提供了可能。然而，p型材料暴露在空气中会导致的界面电子耗尽，降低材料的气敏性，缩短气敏材料的使用寿命。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明设计一种n-p异质型核壳结构气敏材料，该材料是由p型纳米Co₃O₄ 为核，n型纳米SnO₂为壳组成核壳结构的Co₃O₄@SnO₂复合材料，该结构复合材料应用于气敏材料，一方面避免了核层p型Co₃O₄直接暴露在空气中导致的界面电子耗尽，另一方面利用壳层的n型SnO₂改善气敏材料的能带结构，提高气敏材料对气体的敏感性。同时，本发明提供了一种制备该n-p异质型核壳结构气敏材料的方法。