[发明专利]一种氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维的制备方法及其应用，包括如下步骤：将聚乙烯吡咯烷酮加入到有机溶剂中，搅拌25‑35min直至溶解，形成无色粘稠液体；加入乙酰丙酮氧钒，搅拌溶解，然后加入二水氯化铜，形成掺有铜元素的前驱体溶液；将所述的前驱体溶液进行静电纺丝，干燥，得到所述的氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维。本发明的五氧化二钒的纳米纤维中掺杂了氧化铜，且通过本发明的制备方法所得到的纤维由空心球状结构组成，这样可以利于气体在材料表面的扩散，从而制备的传感器的气敏性提高，具有较高的灵敏度、工作温度低、选择性强等特点。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维的制备方法及其应用。

背景技术

在当今高速成长的信息化时期，物联网在信息社会中起着不可或缺的作用。物联网是指通过传感器等设备收集所需的相关数据，经过处理之后将其传输到互联网，以达到实时监控、调节、管理的目的。传感器作为采集所需信息的工具，是物联网系统的一种关键元件。其常见分类有，气、热、光、声敏等不同类型的传感器。气体传感器是一种有针对性地定量检测某种气体的元件，作为传感器的一种重要的分支，在国防、生产、生活等各种领域都有广泛的应用。特别是对于当今迫在眉睫的环境问题，气体传感器能够对大气中以及室内污染气体进行检测，从而使得对污染、有害气体的监控和治理有了数据依据，因此气体传感器对大气污染治理工作起到重要的作用。

由于纳米纤维(直径10nm-100nm)具有独特的纳米结构，使得其拥有优异的特性，如：表面积体积比可达普通纤维(直径10μm-100μm)的1000倍、良好的表面活性、较强的气体分子吸附作用等。这些独特的纳米结构和性能使得纳米纤维是一种比较理想的传感器材料。

作为n型的半导体氧化物，V₂O₅具有一系列良好的特性，如具有不错的热稳定性，以及优良的化学稳定性、多化合价、宽的光学带隙、优异的热电性质等，因此是一种理想的微电子、电化学、气体传感和光电子材料。通过静电纺丝制作五氧化二钒纳米纤维，前人已有研究，如Grace Wee等人静电纺丝制备V₂O₅纳米纤维并制作超级电容器，谢等人静电纺丝制备V₂O₅并制作锂离子电池。而以五氧化二钒为成分制作气体传感器，前人也有研究，包括利用电子束蒸发、磁控溅射、激光脉冲沉积、化学气相沉积、溶胶凝胶法等不同的方法来制备V₂O₅纳米结构并制作气体传感器。如Abbasi等人用喷雾热解法制备五氧化二钒纳米薄膜并制作乙醇传感器，A.Dhayal Raj等人制备五氧化二钒纳米棒并测试乙醇气敏性，Modafferi等人利用静电纺丝制备五氧化二钒纤维并测试氨的气敏性。然而这些传感器都有着灵敏度不大、最佳工作温度太高、选择性不强等不足，需要更多的研究来改进。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维的制备方法及其应用，本发明的纳米纤维经过静电纺丝后得到的具有良好形貌的纳米纤维，将其应用在气体传感器中具有较高的灵敏度和选择性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将聚乙烯吡咯烷酮加入到有机溶剂中，搅拌25-35min直至溶解，形成无色粘稠液体；

(2)加入乙酰丙酮氧钒，搅拌溶解，然后加入二水氯化铜，形成掺有铜元素的前驱体溶液；

(3)将所述的前驱体溶液进行静电纺丝，干燥，得到所述的氧化铜掺杂五氧化二钒的纳米纤维。

进一步的，步骤(1)中所述的有机溶剂为无水乙醇与二甲基甲酰胺的混合溶液。