[发明专利]一种N-graphyne/ZnO复合气敏材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种N‑graphyne/ZnO复合气敏材料、制备方法及应用，将NaOH溶液和N‑graphyne悬浮液依次加入到(CH₃COO)₂Zn·2H₂O溶液中，得到混合液；(CH₃COO)₂Zn·2H₂O与NaOH的摩尔比为1:2，N‑graphyne质量为(CH₃COO)₂Zn·2H₂O质量的0.75％～2.8％，在混合液中加入乙二醇进行溶剂热反应，溶剂热反应温度为175～185℃，反应时间为23.5～24.5h，反应结束后自然冷却，将反应得到的产品洗涤至接近中性，烘干，得到N‑graphyne/ZnO复合材料；本发明制备的N‑graphyne/ZnO复合气敏材料相对于ZnO气敏材料，气体响应度明显提高，最佳工作温度有所降低，且制备流程简单，可实现规模生产和气体传感检测应用。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种N-graphyne/ZnO复合气敏材料、制备方法及应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是一系列符合一定条件的有机化合物的总称，在生产生活中有着重要影响。例如，甲醛气体在空气中含量达到一定浓度时可能对人体健康造成危害，当室内空气中甲醛气体为0.1mg/m³时，会有异味和不适感，而达到0.6mg/m³时，可引起咽喉不适或疼痛。因此，对空气中VOCs气体的检测具有现实意义。

导电型气敏传感器是检测VOCs气体的有效手段，气敏材料的性能是导电型气敏传感器的重点。以氧化锌为代表的半导体氧化物成为使用最为广泛的一类敏感材料，具有制备方便、成本低廉、来源广泛等优点。但是基于金属氧化物的气体传感器都需要在较高的温度下工作，这使得元件的功耗较大，且高的工作温度直接影响传感器的稳定性，也不能用于易燃易爆气体的环境中，使其应用受到一定的限制。

Wen Ding等人(Dalton Trans.，2020，49，10958)报道了通过一步球磨碳化钙和吡嗪简便合成具有新颖结构的N-graphyne，该报道中电化学测量结果表明，N-graphyne可以作为电催化和超级电容器的优良电极材料。这为开发新型VOCs气体检测材料提供了新的思路。

发明内容

针对以上技术需求，本发明的目的是提供一种对VOCs具有较高灵敏度响应特性，且能在较低温度工作的基于ZnO的复合气敏材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明首先公开了一种N-graphyne/ZnO复合气敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：

将NaOH溶液和N-graphyne悬浮液依次加入到(CH₃COO)₂Zn·2H₂O溶液中，得到混合液；所述(CH₃COO)₂Zn·2H₂O与NaOH的摩尔比为1:2；所述N-graphyne质量为(CH₃COO)₂Zn·2H₂O质量的0.75％～2.8％。

在混合液中加入乙二醇进行溶剂热反应，溶剂热反应温度为175～185℃，反应时间为23.5～24.5h，反应结束后自然冷却，将反应得到的产品洗涤至接近中性，烘干，本发明优选的烘干温度范围约为70℃，得到N-graphyne/ZnO复合材料，该复合材料呈粉末状。

本发明优选的，采用文献“Wen Ding等人，Dalton Trans.，2020，49，10958”中记载的制备方法制备N-graphyne材料，然后将N-graphyne置于去离子水中超声处理，得到N-graphyne悬浮液。