[发明专利]一种空心核壳立方体氧化锌/四氧化三钴/氧化锌纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种空心核壳立方体氧化锌/四氧化三钴/氧化锌纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）采用化学沉淀法室温下制备含有实心立方体ZIF‑8@ZIF‑67@ZIF‑8纳米颗粒的溶液；（2）离心分离沉淀，无水乙醇洗涤，干燥后得实心立方体ZIF‑8@ZIF‑67@ZIF‑8纳米颗粒；（3）将实心立方体ZIF‑8@ZIF‑67@ZIF‑8纳米颗粒研磨后高温煅烧，获得空心核壳立方体ZnO@Co₃O₄@ZnO纳米复合材料。本发明制备方法简单易行，制备的材料形貌规整，比表面积大，空心核壳立方体结构，该类空心核壳结构在气敏传感器领域中具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及纳米材料生产技术领域，特别涉及一种空心核壳立方体氧化锌/四氧化三钴/氧化锌纳米复合材料的制备方法。

背景技术

由于人们环境保护意识的增强以及对人类自身健康问题的关注，气敏传感器的重要作用逐渐凸显出来，激发了科研工作者们对提高气敏传感器性能的研究。对于纳米材料而言，提高气敏性能一般通过构建异质结、掺杂、调控形貌等方式实现。构建空心核壳的p-n纳米异质结构不仅能够最大限度的扩大两相或多相之间的接触面积，提供更多的活性位点，而且由于p-n异质结的存在，两种或多种半导体材料之间的相互协同效应也会改善气敏传感器的性能。

近年来，具有高比表面积和良好的孔道结构的金属有机骨架(MOFs)已被证明是制备新型多孔金属氧化物纳米结构的优良前驱体模板。通过高温煅烧，MOFs 中的金属离子可转化为金属氧化物，C和其他元素(如N和H)可被氧化为气体。并且，由于煅烧过程中的气体释放，很容易得到具有相互连通的孔隙的多孔氧化物。ZIFs材料是MOFs材料的一个分支，ZIF-8和ZIF-67由于具有相同的拓扑结构、易于进行多层复合外延生长且具有较好的化学稳定性和热稳定性。以其为前驱体，经过高温煅烧制得的金属氧化物半导体纳米材料被越来越多的应用在气敏领域。例如，Zhang等人以金属有机框架（ZIF-8/ZIF-67）为牺牲模板，合成了ZnO/ Co₃O₄两相混合的空心多面体p-n异质结纳米材料。ZnO/ Co₃O₄纳米复合材料对丙酮传感性能较同样方法制备的ZnO相比显著提高，表现出高响应、良好的线性、短响应/恢复时间；Li等人通过对ZIF-8@ZIF-67的煅烧处理，制备了Co₃O₄量子点/ZnO纳米笼异质结纳米材料。通过气敏测试，其对三甲胺气体显示出快的响应速度、低的检测限、高稳定性和高选择性等优点。其高的灵敏响应可归因于p-n异质结引起的耗尽层厚度的增加和每个ZnO颗粒是由几个Co₃O₄量子点均匀修饰的结构特点。但是，上述制备的ZIF-8/ZIF-67和ZIF-8@ZIF-67需要回收单体（ZIF-8）纳米粒子进行二次复合，步骤繁琐且会产生有机污染物；制备的纳米材料形貌单一，对样品材料形貌的调控能力有限。

以ZIFs为牺牲模板制备p-n异质结的研究已经有了很多，但对以ZIFs为牺牲模板制备n-p-n或者p-n-p双异质结纳米材料的研究还很少。现有报道的合成双异质结构方法都是通过三步或者更多步骤反应完成的，步骤复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心核壳立方体氧化锌/四氧化三钴/氧化锌纳米复合材料的制备方法，制备方法简单易行，制备的材料形貌规整，比表面积大，空心核壳立方体结构，该类空心核壳结构在气敏传感器领域中具有潜在的应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空心核壳立方体ZnO@Co₃O₄@ZnO纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用化学沉淀法室温下制备含有实心立方体ZIF-8@ZIF-67@ZIF-8纳米颗粒的溶液；

（2）离心分离沉淀，无水乙醇洗涤，干燥后得实心立方体ZIF-8@ZIF-67@ZIF-8纳米颗粒；