[发明专利]一种氧化铜/四氧化三钴复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化铜/四氧化三钴复合材料，所述复合材料由乙酸铜、乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮为原料配合溶剂制成；所述乙酸铜与乙酸钴的摩尔比为6:(2‑3)，乙酸铜和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:(3‑4)。所述复合材料的制备方法，包括以下步骤：将无水乙醇和N,N‑二甲基甲酰胺混合作为溶剂，将聚乙烯吡咯烷酮加入到溶剂中；将乙酸铜和乙酸钴加入到混合液中；将混合液进行高压静电纺丝，得到纳米凝胶纤维细丝；将纳米凝胶纤维细丝进行高温煅烧，即得到氧化铜/四氧化三钴复合材料。本发明能够制备获得结晶度和纯度较高的材料，并用以制备出具有优异性能的气敏元件。

技术领域

本发明涉及气敏传感技术领域，具体是一种氧化铜/四氧化三钴复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境问题变得越来越突出，由氨气(NH₃)引起的环境污染已引起广泛关注。作为主要的空气污染资源之一，氨气通常从有机含氮动植物物质，有机分解物，工业废水和机动车中释放。它也是重要的工业化学品之一，已用于制造药品，塑料，化肥，清洁产品，染料，炸药和合成纤维。但是，氨气是有害物质，可能导致呼吸道灼伤和肿胀，或肺部损伤，以及皮肤和眼睛损伤，甚至严重危害人体生命。根据美国职业安全与健康管理局(OSHA)的规定，当浓度为35ppm和25ppm时，与NH₃的接触时间不得超过15分钟和8小时。

金属氧化物半导体气体传感器具有高灵敏度，低成本，易于生产和体积小等优点，因此对固态气体检测设备具有吸引力。大多数商业产品仍然使用基于SnO₂和ZnO等传感材料，它们是N型半导体，用于有毒有害气体检测。与N型半导体相比，P型半导体在空气中的电阻较低，工作温度较低，能耗低。但是，基于P型金属氧化物半导体的气体传感器始终显示出较低的灵敏度，因为P型材料中的传导主要发生在位于半导体外壳层的空穴累积层中。

氧化铜是一种很有前途的P型半导体气体传感器材料，因为它具有许多优点，例如，良好的半导体性能，窄的直接带隙，高催化活性，良好的热稳定性，可调的表面结构，低成本和低毒性。然而，纯氧化铜气体传感器材料还存在一些问题：①多种相似气体混合在一起时很难区分目标气体，选择性较差；②纯氧化铜气体传感器元件需要保持在高温环境下进行操作，这既增大能耗，又限制了应用的范围和使用的场所。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化铜/四氧化三钴复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氧化铜/四氧化三钴复合材料，所述复合材料由乙酸铜、乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮为原料配合溶剂制成；所述乙酸铜与乙酸钴的摩尔比为6:(2-3)，乙酸铜和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:(3-4)。

进一步的，所述乙酸铜与乙酸钴的摩尔比为6:2，乙酸铜和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:3。

进一步的，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和酒精以体积比为(3-4)：1的比例混合组成。

进一步的，所述酒精为无水乙醇或甲醇。

一种所述的氧化铜/四氧化三钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺混合作为溶剂，将聚乙烯吡咯烷酮加入到溶剂中，在室温环境下连续搅拌3-4h，得到混合液；

步骤二、将乙酸铜和乙酸钴加入到步骤一得到的混合液中，在室温环境下继续搅拌至均匀；

步骤三、将步骤二得到的混合液转移到注射器中，并在其前端安置针头，进行高压静电纺丝，得到纳米凝胶纤维细丝；

步骤四、将纳米凝胶纤维细丝置于马弗炉中进行高温煅烧，即得到氧化铜/四氧化三钴复合材料。