[发明专利]一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用，首先用二水合氯化亚锡和氢氧化钠作为原料，经过搅拌、陈化、过滤、洗涤和干燥步骤，得到纳米片状碱式氯化亚锡前躯物；再将纳米片状碱式氯化亚锡前躯物在高温下焙烧，得到多孔片状SnO₂微纳米粉体；最后，以多孔片状SnO₂微纳米粉体、氯金酸和柠檬酸钠作为原料，经过搅拌、加热、分离、洗涤和干燥等步骤，得到Au修饰多孔SnO₂微纳米片，本发明方法制备的Au修饰多孔SnO₂微纳米片粉体产品为暗红色粉体，比表面积大，纯度高，产品质量好，其制作的气敏传感元件灵敏度高，对100ppm乙醇气体的灵敏度S值高达94.2。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的不断发展，人类社会已经进入信息时代。在信息材料领域，传感器作为获取信息最直接有效的工具之一，其发展也相当迅猛。气体传感器一般由敏感元件和转换元件组成，能够检测出气体的成分及其浓度，并将相关的信息转化成可输出的信号，从而实现对有害气体的检测、报警作用。气体传感器在工业生产控制、家庭生活安全、食品工业、医疗检测、环境保护和公共安全等方面都有十分重要的应用。

二氧化锡(SnO₂)是一种重要的宽带隙n型半导体材料，其禁带宽度E_g＝3.6eV，是一种重要的功能材料。而纳米尺度的SnO₂材料因其具有特殊的光电特性和良好的机械、催化、光敏、气敏性能而受到极大的关注，在气敏元器件、储氢材料、透明光电极、太阳能电池等方面有着广阔的应用价值。因此，对SnO₂纳米材料的制备和性质的研究始终是当今科研界的热点课题。目前，有研究表明，设计合成具有多孔结构、大比表面积的氧化物半导体，是提高敏感材料性能的有效途径。

二氧化锡对气体的敏感响应机理属于表面吸附控制型机制，即工作温度下的二氧化锡敏感膜在洁净的空气(氧化性气氛)会吸附氧分子，与材料中的电子结合转化成氧负离子(O^-和O₂^-)，在纳米晶的晶界处形成势垒，该势垒能阻碍电子在电场作用下的定向移动，使之不易穿过势垒，从而导致敏感膜电导降低；当传感器处于还原性待测气体气氛中，还原性待测气体分子与敏感膜上吸附的氧负离子发生催化氧化反应，使得氧负离子上的电子释放出来，并转移到纳米晶上，使纳米晶晶界势垒降低，从而增加了敏感膜的电导，通过测量敏感膜电导的变化实现对气体的探测。

因此，二氧化锡气体传感器对气体响应的灵敏度和选择性与二氧化锡敏感材料的微结构及其制备方法密切相关。为了提高气体传感器的灵敏度、选择性和响应速度，目前业内研究者所做的研究工作主要集中在以下几个方面：①使材料颗粒尽可能细小，最好制成纳米材料或分级纳米材料，增大材料的比表面积，提高传感器的灵敏度；②将气敏材料制成薄膜，以便增大与气体的接触面积，提高传感器的灵敏度；③掺入贵金属元素或稀土元素，进一步提高传感器的灵敏度和选择性。

现有技术中多是采用溶胶凝胶法或者水热法来制备重金属掺杂的二氧化锡纳米材料，这些方法制备的复合材料虽然对气体传感器的性能均有一定提高，但是无法调控二氧化锡本身的微结构，如何调控二氧化锡微结构，设计合成贵金属修饰的二氧化锡复合材料，进一步提高传感器的敏感性能，仍需不断探索。

发明内容

鉴于现有技术存在上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用。通过调控二氧化锡的微纳结构，并对其进行贵金属纳米颗粒修饰，提高其气敏特性。

本发明采取的技术方案为：

一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：