[发明专利]一种ZIF-8膜包覆SnO2

说明书

本发明公开了一种ZIF‑8膜包覆SnO₂复合气敏材料及其制备方法和应用。首先，将氯化亚锡和尿素混合，水热反应后经退火处理得载有SnO₂的陶瓷管，采用提拉法将载有SnO₂的陶瓷管在2‑甲基咪唑甲醇溶液中预处理，并置于由硝酸锌、2‑甲基咪唑、水和甲醇组成的ZIF‑8膜合成液中，50~110℃下溶剂热反应0.5~12 h，取出后清洗干燥得ZIF‑8膜包覆SnO₂复合气敏材料。本发明具有制备方法简单、易于操作、重复性好，制备得到的ZIF‑8膜包覆SnO₂复合气敏材料ZIF‑8膜致密均匀分布，对三乙胺表现出极佳的选择性，且响应值高。

技术领域

本发明属于无机和有机复合材料的制备及应用领域，具体涉及一种ZIF-8膜包覆SnO₂复合气敏材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的进步和工业的发展，各种污染的问题越来越严重，尤其是看不见的各种有毒、有害的气体污染，给我们的健康及生活环境造成了极大的危害。因此，针对这些有危害的气体作出准确而快速地检测，这就变得尤为重要，于是，气敏传感器就应运而生。

金属氧化物半导体电阻式气体传感器是气体敏感传感器中研究最为深入的一类材料，其中SnO₂是其中的一种应用最为广泛的气敏材料，具有成本低、能耗小，物理化学稳定性高，对气体的检测具有可逆性等有点。同样也存在着不少缺陷，例如在气体选择性差，响应时间和恢复时间长，工作温度通常较高，器件的重复性不理想等。

类沸石咪唑酯骨架材料（ZeoliticImidazolate Frameworks，ZIFs）是一类具有沸石骨架结构的材料，这类材料结合了沸石的高稳定性、结构多样性和性能多样性的特点，ZIF-8 (Zn(Hmim)2，Hmim=2-甲基咪唑) 作为最具代表性的类沸石咪唑酯骨架材料受到了广泛的关注。ZIF-8材料具有超高的孔隙率、巨大的比表面积可达1400 m²/g，其孔径尺寸仅为3.4 Å，具有非常明显的筛分作用，对其应用研究已涉及气体吸附、分离，储氢和催化等多个领域，是目前研究最为广泛的一类ZIF材料。尤其在气敏传感器领域ZIF-8材料可有效阻隔大分子物质筛选小分子物质，将ZIF-8材料与SnO₂材料复合可有效改善SnO₂材料选择性差的问题，并能充分发挥复合材料的优势，在传感器领域具有非常大的应用前景。

中国专利CN 107991350 A公开了一种棒状ZnO/ZIF-8的制备及其低温H₂敏感效应，制备的棒状ZnO/ZIF-8具备多孔结构而且形成了规则的阵列，在气敏传感器中检测小分子气体如H₂具有非常高的选择性，有较大的应用潜力。但在本专利中直接将SnO₂与ZIF-8结合，制备的材料对气体的选择性和响应值仍不理想，因此改变制备方法，研究一种气体选择性好、响应值高的SnO₂气敏材料。

发明内容

本发明公开了一种ZIF-8膜包覆SnO₂复合气敏材料及其制备方法和应用，其解决了现有技术中SnO₂作为气敏材料气体选择性差，响应时间和恢复时间长，工作温度通常较高和重复性差的问题。

一种ZIF-8膜包覆SnO₂复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）载有SnO₂的陶瓷管的制备：将0.1 mol·L^-1的氯化亚锡水溶液和0.1 mol·L^-1尿素水溶液等体积混合，混合后搅拌得混合溶液，将陶瓷管加入混合溶液中，并在80~110℃条件下水热反应20~30 h，水热反应结束后将陶瓷管取出并进行退火处理，得载有SnO₂的陶瓷管；