[发明专利]一种大孔径介孔双金属氧化物半导体气敏材料的合成方法有效

专利信息
申请号: 201910682088.2 申请日: 2019-07-26
公开(公告)号: CN110451561B 公开(公告)日: 2022-01-28
发明(设计)人: 邓勇辉;高美琪;马俊豪 申请(专利权)人: 复旦大学
主分类号: C01G25/02 分类号: C01G25/02;C01G41/02;B82Y40/00
代理公司: 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人: 陆飞;陆尤
地址: 200433 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 孔径 双金属 氧化物 半导体 材料 合成 方法
【说明书】:

发明属于先进纳米材料技术领域,具体为基于酸碱对的大孔径介孔双金属氧化物半导体气敏材料合成方法。本发明以两亲性嵌段共聚物为模板剂,金属醇盐和金属氯化物为两种金属氧化物前驱物,在极性有机溶剂的合成体系中通过氢键及配位作用与模板剂亲水段发生作用,之后经过溶剂挥发诱导共组装以及先惰性气氛再空气气氛的分步煅烧,得到大孔径介孔双金属氧化物半导体材料。本发明可以合成包括p‑n结半导体、p‑p结半导体及n‑n结半导体在内的材料,且所合成材料具有高度有序的介孔结构、大的孔径和高的比表面积。该类材料可用于气体传感方面,对CO、H2、CH4等小分子气体或乙醇、丙酮、甲苯等VOCs中的一种或多种具有极好的灵敏度和选择性以及超快的响应和恢复时间。

技术领域

本发明属于先进纳米材料技术领域,具体涉及一种基于酸碱对概念合成大孔径介孔双金属氧化物半导体气敏材料的方法。

背景技术

金属氧化物半导体纳米材料凭借其独特的微纳米结构以及特殊的光学与电子特性,在催化、传感和储能等领域有着广泛的应用。气体传感方面,客体分子的快速扩散以及活性位点的大量暴露将在极大程度上提高基于金属氧化物半导体材料所得气敏器件的性能。因而,与无孔的块体金属氧化物半导体相比,有序介孔金属氧化物半导体凭借其高度晶化的孔壁、较高的比表面积、较大的孔容、丰富有序且连通的孔道结构、可调的孔径尺寸等特点引起了研究者广泛的兴趣。(Wagner T, Haffer S, Weinberger C, et al. Chem. Soc. Rev.,2013, 42: 4036-4053;Wang Z, Tian Z, Han D, et al. ACS Appl. Mater. Interf.,2016, 8: 5466-5474;Li Y, Luo W, Qin N, et al. Angew. Chem. Int. Ed.,2014, 53: 9035-9040;Ma J, Ren Y, Zhou X, et al. Adv. Funct. Mater., 2018, 28:1705268; Zhu Y, Zhao Y, Ma J, et al. J. Am. Chem. Soc.,2017,139: 10365-10373;Zhou X, Zhu Y, Luo W, et al. J. Mater. Chem.,2016, A 4: 15064-15071.)。

金属氧化物半导体的气敏传感性能不仅与其孔道结构及比表面积密切相关,而且取决于其化学结构及骨架组成。双金属氧化物中异质结构复合物的存在可有效增加金属氧化物的缺陷位、提高表面吸附氧的浓度,有助于加快骨架中电子的传导速率、降低表面反应的活化能,异质结的构建被认为是提高金属氧化物半导体材料气敏传感性能的一个行之有效的办法。(Koo WT, Choi SJ, Kim SJ, et al. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138:13431-13437.)。

然而到目前为止,有关介孔双金属氧化物半导体材料的合成鲜有报道,这是因为不同金属前驱体的水解与缩合速率不同,介孔双金属氧化物的合成过程较难控制,且在煅烧去除模板剂并使介孔金属氧化物孔壁结晶的后处理过程中,金属氧化物会因剧烈的结构重整而导致孔结构的坍塌,较差的稳定性导致其难以进行大规模的工业生产。

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