[发明专利]一种WO3

说明书

本发明属于半导体氧化物的气体传感器技术领域，具体涉及一种WO₃纳米颗粒和其制备方法及其在传感器中的应用。将聚乙烯亚胺溶液和Na₂WO₄·2H₂O溶液混合，再用HCl溶液调成pH值为0.8～1.4的混合溶液，经140～180℃恒温条件下反应4～36h后，洗涤、干燥，热处理4～8h，即得具有单斜晶体结构，直径为10～50nm的WO₃纳米颗粒，涂敷于Al₂O₃陶瓷管和金电极表面，然后经老化处理制备成气体传感器。基于本发明方法制备NO₂气体传感器，可以实现对亚ppm至ppb级NO₂气体的高灵敏度、高选择性、低工作温度的快速响应。

技术领域

本发明涉及半导体氧化物的气体传感器技术领域，具体涉及一种WO₃纳米颗粒和其制备方法及其在传感器中的应用。

背景技术

在随着我国经济建设的快速发展和工业化进程的不断加快，在矿产资源、交通能源、石油化工等生产和利用过程中产生了越来越多的有毒有害气体，导致环境污染日益加重，严重威胁着人类的健康和安全。NO₂气体是一种具有刺激性气味的强毒性气体，主要来源于矿业开采的爆破工作、工业燃烧废气和汽车尾气等，是引起空气污染，导致酸雨、光化学烟雾以及温室效应的主要原因。因此，为了更好的监视和检测这类气体对环境的污染，亟需开发出高灵敏度、选择性好的NO₂气敏传感器。

近年来，基于半导体金属氧化物的气体传感器以其制造工艺简便、成本低、灵敏度高、稳定性好、响应和恢复速度快等优点，已经逐渐成为工业生产和日常生活中监测有毒有害气体的重要工具。在种类众多的半导体金属氧化物中，WO₃作为一种n型宽禁带半导体材料，具有优异的气敏、光电和催化等特性，对NO₂、NH₃、H₂S、O₃等气体的检测具有极大的应用前景，已成为科研工作者研究的热点。目前，制备WO₃气敏材料的方法主要有水热法、溶胶-凝胶法、磁控溅射法、热蒸发法等，而水热法则由于其操作简便、成本低、纯度高、产量大、分散性好、晶型可控制等优点而受到广泛关注。然而，基于WO₃气敏材料的气体传感器仍然存在工作温度要求高、灵敏度低、选择性差等缺点，提高该类气体传感器的综合气敏性能，已经成为当前及今后科研工作者的研究重点。随着纳米科学与技术的发展，将气敏材料调控成纳米结构能够极大地提高材料的比表面积，增加活性吸附位点，从而极大地提高材料的气敏性能。目前，单一的WO₃纳米颗粒的制备多采用热蒸发法，而这种方法制备的WO₃纳米颗粒团聚较为严重，严重制约了WO₃纳米颗粒的气敏性能。本发明利用聚乙烯亚胺阳离子表面活性剂的封端作用以及静电斥力作用，采用简单的一步水热法制备出了比表面积大、分散性好的WO₃纳米颗粒。

发明内容

本发明采用聚乙烯亚胺阳离子表面活性剂(简写成PEI)作为WO₃纳米颗粒形成过程中的封端剂和稳定剂。在溶液中，带正电的PEI分子可以限制WO₃纳米颗粒的生长，同时通过强烈的静电斥力作用抑制WO₃纳米颗粒的团聚。后续采用热处理方式除去WO₃纳米颗粒表面的有机物，最终获得结晶好、比表面积大、吸附活性位点多的 WO₃纳米颗粒，并利用这些WO₃纳米颗粒制作成灵敏度高、可逆性好、响应/恢复快速、低工作温度等优点的NO₂气体传感器。本发明所生产的WO₃纳米颗粒具有制作工艺简单、颗粒小、比表面积大、产量高等优点，有利于工业上批量生产，因此具有重要的应用价值。

一种WO₃纳米颗粒的制备方法，所述方法如下：