[发明专利]用于ppb级乙醇检测的氧化铟气敏材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于ppb级乙醇检测的氧化铟气敏材料及制备方法和应用，属于新材料领域。本发明在改进了氧化铟的制作方法的基础上，采用一步水热法制备了纳米片状氧化铟。氧化铟纳米片分布均匀，颗粒较小，有利于与待测气体充分接触，扩大比表面积。相比于传统的氧化铟材料，对乙醇的响应提高了不止一个数量级，并且可以实现乙醇ppb级的测量，其最低检测下限为5ppb。本发明合成装置简单，可操作性强，制备条件温和，反应过程清洁无污染，重复性好，实现了对乙醇气体的高选择性和高灵敏度检测，在乙醇检测领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于ppb级乙醇检测的氧化铟气敏材料及制备方法和应用，属于新材料领域。

背景技术

随着人们生活水平的不断提升和汽车行业的发展，汽车保有量不断增加，驾驶人酒后驾车造成的交通事故也不断增多，严重威胁到人们的生命和财产安全。因此为了避免酒后驾车引起的的交通事故，需要对驾驶室进行实时乙醇浓度的检测。同时在食品加工、酿酒等行业需要监控空气中乙醇浓度。因此，乙醇浓度的检测很有必要。

金属氧化物半导体纳米材料由于其独特的优势被广泛应用于气敏研究，但金属氧化物材料普遍存在灵敏度低、选择性差的问题，如α-Fe₂O₃作为一种带隙宽度为2.1eV的n型半导体，常用来检测液化石油气、乙醇气体、丙酮气体、硫化氢气体，但其灵敏度低，且存在交叉敏感的问题。而CuO和NiO作为P型半导体，常用来检测硫化氢气体、氨气、二氧化氮气体、甲醛气体等，也同样存在灵敏度低，选择性差的问题。近年来，为了提高其灵敏度和选择性，人们做出了不懈的努力，其中包括贵金属掺杂Au、Ag、Pt、Pd、Cd等和形貌调控，纳米颗粒、核壳纳米球、多孔纳米棒、纳米管、纳米带以及多孔网络等。这些发明在提高金属氧化物气敏材料的灵敏度上取得了一定的进展。

本发明采用一步水热法制备了一种制备过程简单易控，测试结果显示相比于常规氧化铟显著提高了对乙醇的灵敏度，对50ppb的乙醇气体的响应达到了52，选择性优异，并且可测到5ppb的乙醇浓度，这是目前氧化铟材料可测到的最低乙醇浓度。

发明内容

本发明提供一种用于ppb级乙醇检测的氧化铟气敏材料及制备方法和应用。本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述功能材料的用途，利用实现氧化铟对低浓度乙醇气体的高灵敏度和高选择性检测。

一种用于ppb级乙醇检测的纳米氧化铟气敏材料，所述氧化铟功能材料的形貌为片状结构的材料，其纳米片的颗粒大小为20～100nm。

本发明的另一目的是提供纳米氧化铟功能材料的制备方法。

一种用于ppb级乙醇检测的纳米氧化铟气敏材料的制备方法，包括下述工艺步骤：

将铟盐、十六烷基三甲铵和氢氧化钠按摩尔比为1：1～2：3～5溶于去离子水配成金属盐溶液，所述金属盐溶液中铟盐的浓度为0.06～0.08mol/L；持续搅拌40～60min，使之完全溶解混合均匀；再将得到的盐溶液转移至高压反应釜中，160℃反应18～20h后冷却得到沉淀；最后将所得沉淀经离心、洗涤、干燥处理得氢氧化物粉末，在350～400℃煅烧2～3h得纳米氧化铟功能材料。

优选地，所述铟盐为氯化铟或五水硝酸铟。

优选地，所述离心处理时的转速为4000～8000r/min，每次离心时间为5～10分钟。

优选地，所述洗涤处理为依次使用乙醇和去离子水洗涤3～5次。

优选地，所述干燥处理为在60℃下干燥10～20h。

优选地，所述煅烧的升温速率3～5℃/min，温度升至350～400℃保持2～3h，在空气中自然冷至室温。

本发明的又一目的是提供上述纳米氧化铟功能材料的应用，所述纳米氧化铟功能材料作为气体传感器的气敏材料，用于低浓度乙醇气体的检测。