[发明专利]一种偏锡酸锌纳米纤维气敏材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种偏锡酸锌纳米纤维气敏材料的制备方法与应用，属于功能陶瓷材料制备领域，具体涉及一种高比表面积ZnSnO₃纳米纤维气敏材料的制备方法与应用。本发明采用搅拌‑水热法，将锌盐与锡酸盐溶液按一定比例混合均匀，调节好pH值后移入水热反应釜，于设定时间、温度及搅拌速度下反应；待反应结束后过滤、洗涤、干燥得高比表面积ZnSnO₃纳米纤维。本发明提供了一种合成高比表面积ZnSnO₃纳米纤维的方法，该方法工艺简单，操作方便，纯度产率高，易于工业化大规模生产；并且所得ZnSnO₃纳米纤维直径小，比表面积大，结构疏松，对甲醛表现出优异的气敏性能，可用于甲醛气体传感器领域，适于推广与应用。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料制备技术领域，涉及一种高比表面积ZnSnO₃纳米纤维气敏材料的制备方法，同时涉及一种高比表面积ZnSnO₃纳米纤维气敏材料在气体传感器中的应用。

背景技术

随着环保和安全意识的增强，人们已意识到环境中有毒、可燃、易爆气体的准确、快速实时检测与预警极为重要。目前虽然有毒、可燃、易爆气体的检测与预警已被广泛应用于工矿企业、公共场所及个人家庭中，但有毒有害气体引起的中毒或伤害事件及可燃易爆气体引起的火灾或爆炸事件时有发生。气体传感器是各类有害气体检测和预警的功能元件，当前市场上虽出现了各类有害气体传感器，但因现有很多有害气体敏感材料存在缺陷明显，而不能完全满足现实有害气体实时检测和预警的要求。因此，研究开发新颖气体敏感材料对于制备高性能气体传感器具有重要的现实意义。

ZnSnO₃是性能优异的三元复合氧化物半导体材料，在气敏、催化、阻燃和锂电池等领域都具有重要的应用。ZnSnO₃气敏机理属表面电阻控制模型，是一种与表面密切相关的性能，即表面结构、比表面积大小是影响气敏性能的主要因素。可见，通过不同的合成技术，制备出高比表面积纳米ZnSnO₃是改善其气敏性的重要措施。ZnSnO₃的比表面积与材料的形貌结构、晶粒尺寸等因素有关，为了获得高性能ZnSnO₃纳米材料，科研工作者对其合成研究从未停止，目前，ZnSnO₃纳米棒、纳米片、纳米球等多种形貌、结构的合成研究已见报道：如Y.J.Chen等合成的ZnSnO₃纳米片比表面积57.86m².g^-1(Y.J.Chen,L.Yu,Q.Li,Y.Wu,Q.H.Liand T.H.Wang,Nanotechnology,2012,23,415501)；X.H.Jiaa等报道的ZnSnO₃纳米空心球比表面积30.21m².g^-1(X.H.Jiaa,M.G.Tian,R.R.Dai,D.D.Lian,S.Han,X.Y.Wu andH.H.Song,Sens.Actuators,B,2017,240,376)；W.W.Guo等制备的ZnSnO₃纳米介孔空心立方体比表面积66.9m².g^-1(W.W.Guo,J.Electrochem.Soc.,2016,163,131)；T.T.Zhou等合成了纳米ZnSnO₃单壳立方体、纳米双壳立方体、纳米多壳立方体，比表面积分别为70m².g^-1、86m².g^-1、98m².g^-1(T.T.Zhou,T.Zhang,R.Zhang,Z.Lou,J.N.Deng and L.L.Wang,ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,14525)；Y.F.Bing等合成的介孔ZnSnO₃纳米晶比表面积96m².g^-1(Y.F.Bing,Y.Zeng,C.Liu,L.Qiao,Y.M.Sui,B.Zou,W.T.Zheng and G.T.Zou,Sens.Actuators,B,2014,190,370)；Bingshan Wang等合成的介孔ZnSnO₃纳米片比表面积105.3m².g^-1(Bingshan Wang,Jinbao Yu,Xiaohong Li,Jun Yinaand Meng Chen，RSCAdv.,2019,9,14809-14816)，但具有高比表面积ZnSnO₃纳米纤维的合成在国内外文献中还未见报道。