[发明专利]用于苯胺室温检测的2D多孔Ce掺杂ZnO纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于苯胺室温检测的2D多孔Ce掺杂ZnO纳米片及其制备方法和应用，所述2D多孔Ce‑ZnO纳米片由ZnO纳米颗粒和Ce的氧化物组成。Ce元素均匀掺杂在ZnO纳米片中，其中包括晶格掺杂和Ce的氧化物掺杂。将表面活性剂溶解于低碳醇和去离子水的混合液中，将锌盐加入表面活性剂溶液中，配制成锌盐溶液；向锌盐溶液中加入硝酸铈溶液，搅拌后加入沉淀剂得到悬浊液；高温反应后，所得产物经洗涤、干燥、煅烧后得到Ce‑ZnO纳米片。本发明对氧化锌进行晶格掺杂，极大的提高了氧空位的含量，提高了对苯胺气体的灵敏度以及选择性，工作温度为室温时，对100ppm的苯胺的灵敏度达到15。

技术领域

本发明涉及一种二维多孔Ce-ZnO纳米片的制备及在苯胺传感器方面的应用。

背景技术

胺类物质是一种易挥发性有机物，其中有些物质有毒有害还带有恶臭。这类物质主要在制造染料及染料中间体、橡胶促进剂和抗氧化剂、照相显像剂以及药物合成、香料生产、塑料固化及树脂制造、涂料施工、喷漆等工业过程中产生。苯胺物质在大气中的存在，对环境及人体健康都极具危害。苯胺是一种致癌物质，可引起慢性中毒，对肝、肾、皮肤等造成损害。关于苯胺传感器的报道很少，CN103336034B公开了一种苯胺气体传感器及其制备方法。通过两步法合成ZnS/PTCDA核-壳纳米粒子，制备成气敏元件可实现对苯胺的选择性，但是低浓度下对苯胺的选择性并不突出。文献报导(Sensors and Actuators B 256 (2018)639–647)，以Zn₄O(1,4-苯二甲酸二甲酯)₃ 分层纳米孔的金属有机骨架作为低浓度苯胺检测的质量型传感材料构建的微悬臂谐振式微重力传感器，实现了对苯胺的低浓度传感。但其传感器制备方法和性能评价机制复杂，不利于应用于苯胺气体的稳定检测和复杂的应用场景。文献报导（Nanoscience and Nanotechnology Letters, Volume 11, Number 8,August 2019)通过溶热法合成直径约500 nm的α-Fe₂O₃微球，α-Fe₂O₃微球传感器对苯胺气体在150℃时对10 ppm苯胺响应为12.5，其高的传感温度限制了其进一步的应用。现有的苯胺传感器仍然存在制备方法复杂、工作温度高，灵敏度差等缺点。因此，有必要开发一种高灵敏度、低工作温度、低成本以及稳定的苯胺气体传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对苯胺传感器存在灵敏度低，工作温度高等缺点，提供一种对苯胺气体具有低工作温度、低功耗，选择性优异的2D多孔Ce掺杂ZnO纳米片及其制备方法和应用。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于苯胺室温检测的2D多孔Ce掺杂ZnO纳米片由ZnO纳米颗粒和Ce的氧化物组成，Ce元素均匀掺杂在ZnO纳米片中，且Ce掺杂到ZnO晶格中形成Ce的氧化物，其中包括晶格掺杂和Ce的氧化物掺杂。

本发明的用于苯胺室温检测的2D多孔Ce掺杂ZnO纳米片（Ce-ZnO纳米片）的具体制备步骤为：

（1）配置铈盐溶液：将硝酸铈（CeN₄O₁₂）溶解到一定量的去离子水中，配制成适当浓度的硝酸铈溶液；

（2）配置锌盐溶液：将表面活性剂溶解于低碳醇和去离子水的混合液中，将锌盐加入表面活性剂溶液中，配制成锌盐溶液；

（3）制备Ce-ZnO纳米片：向步骤（2）锌盐溶液中加入步骤（1）中的硝酸铈溶液，搅拌后加入沉淀剂得到悬浊液；高温反应后，所得产物经洗涤、干燥、煅烧后得到Ce-ZnO纳米片。

进一步，所述步骤（2）中，表面活性剂为阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂为琥珀酸钠阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂为胺盐类阳离子表面活性剂、季铵盐类阳离子表面活性剂、鎓盐类阳离子表面活性剂、氧化苯胺阳离子表面活性剂或杂环类阳离子表面活性剂；优选CTAB。