[发明专利]一种掺杂的ZnO材料及其制备方法与丙酮传感器

说明书

本发明公开一种掺杂的ZnO材料及其制备方法与丙酮传感器，其中，方法包括步骤：将锌源与水混合，搅拌直至锌源溶解，之后加入碱源和无水乙醇，搅拌直至得到澄清溶液；向澄清溶液中加入可溶性金源或者可溶性钯源，将得到的溶液转移至微波反应仪中进行反应；反应结束后依次进行冷却、洗涤、干燥及退火，得到Au或Pd掺杂的ZnO材料。本发明采用一步微波水热法直接将Au或者Pd掺杂到ZnO材料中，制备操作容易，过程简单。与普通物理掺杂相比，采用本发明方法掺杂剂分散的更均匀，合成出的复合材料中各组分可以实现在分子层面上接触。本发明中的基于Au或Pd掺杂的ZnO材料的丙酮传感器对低浓度的丙酮展现出较好的气敏特性。

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种掺杂的ZnO材料及其制备方法与丙酮传感器。

背景技术

目前血糖检测和监测的主要方法是有创伤的，即通过针刺指尖或静脉抽血。有的患者甚至一天需要扎七次手指来获得血数据，这给患者带来了痛苦和不便。与此同时常年使用测试试纸更使患者家庭承受巨大的经济压力。最近研究显示呼气中的丙酮可以作为监测糖尿病的重要标志物。但目前呼气中丙酮的检测手段多为大型仪器如色谱、质谱、光谱仪等，需要专业人员操作，而且价格昂贵，给检测带来了许多不便。

目前，用于检测丙酮的ZnO传感器已经被研究报道出来，但这些传感器存在工作温度高、选择性差、检测浓度高、抗湿性差、响应-恢复速度慢等缺点，不适合作为呼气标志物传感器。一些研究学者已经证明贵金属Au、 Pd的掺杂能够有效提高ZnO丙酮气敏性能，但实现对超低浓度(几个-几十 ppb)丙酮、低温、高选择、可抗湿、快速检测的研究仍是挑战。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种掺杂的ZnO材料及其制备方法与丙酮传感器，旨在解决现有传感器存在工作温度高、选择性差、检测浓度高、抗湿性差、响应-恢复速度慢等的问题。

本发明的技术方案如下：

一种掺杂的ZnO材料的制备方法，其中，包括步骤：

将锌源与水混合，搅拌直至锌源溶解，之后加入碱源和无水乙醇，搅拌直至得到澄清溶液；

向澄清溶液中加入可溶性金源或者可溶性钯源，将得到的溶液转移至微波反应仪中进行反应；

反应结束后依次进行冷却、洗涤、干燥及退火，得到Au或Pd掺杂的 ZnO材料。

进一步地，所述反应的温度为140～180℃；和/或反应的时间为 30～60min。

进一步地，所述退火的温度为400～550℃；和/或退火的时间为2～5h。

进一步地，锌源、碱源与可溶性金源的摩尔比为1:22～44:0～0.077；或者

锌源、碱源与可溶性钯源的摩尔比为1:22～44:0～0.088。

进一步地，所述锌源选自醋酸锌、氯化锌和硝酸锌中的一种或多种；和/或

所述碱源选自氢氧化钾和氢氧化钠中的一种。

进一步地，所述可溶性金源为氯金酸、硝酸金、氯化金、乙酸金中的一种或多种。

进一步地，所述可溶性钯源为硝酸钯、氯化钯、硫酸钯中的一种或多种。

一种掺杂的ZnO材料，其中，采用本发明所述的掺杂的ZnO材料的制备方法制备而成。

进一步地，以所述掺杂的ZnO材料为基准，所述Au占所述掺杂的ZnO 材料的质量百分比0％～6％；或者

所述Pd占所述掺杂的ZnO材料的质量百分比0％～7％。