[发明专利]一种新型介孔多级结构纳米复合气敏材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型介孔多级结构纳米复合气敏材料及其制备方法，以SiO₂@SnO₂复合微球为内层，在SiO₂@SnO₂复合微球表面生长α‑Fe₂O₃纳米管。本发明制备得到的SiO₂@SnO₂/α‑Fe₂O₃纳米复合材料，结构新颖，内层采用SiO₂@SnO₂微球，外层为α‑Fe₂O₃纳米管，增大了材料的比表面积和化学稳定性，更有利于气敏反应的进行，特别在被测气体范围（丙酮、甲醇、苯、甲苯和甲醛）对于丙酮气体有着高的选择性，反应条件较为温和，绿色环保，易于实现，便于推广。

技术领域

本发明涉及材料工程技术领域，具体涉及一种新型介孔多级结构纳米复合气敏材料及其制备方法。

背景技术

伴随工业发展和社会进步，环境保护问题成为了全球热点，而大气保护尤为突出。因此制备高灵敏度，选择性好，响应快速的气敏材料受到了科学家的广泛关注。丙酮作为一种常见的有机挥发试剂，被广泛地应用在实验室和工厂。然而丙酮有一定的毒性，当人体吸入微量丙酮气体时会刺激鼻、喉，头晕等现象。当环境中的丙酮浓度达到2000-10000ppm时，可能导致头痛、支气管炎，甚至是昏迷等症状。因此，为了有效检测大气中丙酮浓度，防止其浓度超标，提早预警，制备出能快速，灵敏地检测出环境中丙酮的气敏材料来保证工作环境的安全和人体的健康变得迫在眉睫。

α-Fe₂O₃是一种重要的N型半导体材料，由于其环境友好性，化学稳定性，制备简单，成本较低，因此被广泛研究其在气敏应用领域。但现有技术所知，α-Fe₂O₃纳米复合材料的敏感度相对较低，选择性不好，从而限制了它的实际应用，不利于高效检测气体。现有技术中制备的a-Fe₂O₃/g-C₃N₄纳米复合物加强了对乙醇的气敏性，但是工作温度很高，且响应值不高(工作温度340，响应值8左右)。还有采用制备Fe₂O₃/SnO₂纳米复合物增强了对乙醇的气敏性，但同样存在工作温度高，响应值不高的问题(工作温度320，响应值23)。专利CN106904659、专利CN104267068和专利CN105548270公开的都是二相复合材料，采用的都是在SnO₂表面生长a-Fe₂O₃的技术，这种方式虽然能够对丙酮灵敏度有所提升，但灵敏度提升有限，而且工作温度仍然较高，即便在较低的工作温度条件下，其灵敏度也只有8.1。

因此，如何降低α-Fe₂O₃纳米复合材料的工作温度，增强其选择性，提高灵敏度成为了本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种新型介孔多级结构纳米复合气敏材料，以解决现有气敏材料工作温度较高、选择性较弱、灵敏度较低的问题。

本发明还提供一种反应条件温和，绿色环保，易于实现的制备所述新型介孔多级结构纳米复合气敏材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种新型介孔多级结构纳米复合气敏材料，以SiO₂@SnO₂复合微球为内层，在SiO₂@SnO₂复合微球表面生长α-Fe₂O₃纳米管。