[发明专利]一种ZnO/CaFe2

说明书

一种ZnO/CaFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;气敏传感复合材料，所述ZnO/CaFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;为柠檬状，粒径约为200nm，其中ZnO呈颗粒状附着在CaFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;表面，ZnO/CaFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;中ZnO和CaFesubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;的摩尔比为0.1‑1:1。本发明ZnO/CaFeOsubgt;4/subgt;气敏传感复合材料尺寸、结构均一，ZnO颗粒均匀附着在表面，不出现团聚问题，复合材料具有较窄的禁带宽度，较大的比表面积，最高达到16.27cmsupgt;2/supgt;/g，对于甲醛气体具有良好的选择性，在30ppm甲醛浓度下其灵敏度达到34.8，最低检测限低至41.1ppb，响应/恢复时间较快，在9ppm甲醛浓度下响应/恢复时间为68s/36s，且具有良好的重复性和稳定性。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种ZnO/CaFe₂O₄气敏传感复合材料及制备方法。

背景技术

甲醛(HCHO)是世界卫生组织(WHO)公认的人类致癌物，是重要的室内空气污染物之一。长期暴露于ppb级的HCHO可能会对人体造成损害，如慢性皮炎、呼吸系统疾病，甚至白血病和鼻窦癌。从实用的角度来看，开发快速、简便、准确的甲醛传感器显得尤为重要。

铁酸钙（CaFeO₄）是一种p型三元金属氧化物半导体材料，具有优异的导电性、电子流动性等性能，可以作为气体传感器材料，但是不同的形貌结构的CaFe₂O₄在检测不同的气体时，其气敏响应差异较大。如CN112811472A中制备的CaFe₂O₄对甲醛有较好的响应灵敏度和选择性。

ZnO（氧化锌）是典型一种n型金属氧化物半导体材料。氧化锌由于其成本低、电子迁移率大、无毒等优点，在太阳能电池、光催化剂、纳米激光器、光电器件、锂离子电池、气体传感器等领域得到了广泛的应用。ZnO由于其导电电子的高迁移率以及在传感器工作条件下良好的化学和热稳定性而被广泛用作气敏材料。但在气体检测中，工作温度高（300℃），对于检测灵敏度低，选择性差，限制了ZnO在传感器领域中的应用。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种ZnO/CaFe₂O₄气敏传感复合材料。其对甲醛气体具有高响应灵敏度，有效缩短了对低浓度甲醛气体的响应/恢复时间，并降低了检测限。

本发明另一目的是提供上述ZnO/CaFe₂O₄的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种ZnO/CaFe₂O₄气敏传感复合材料，其特征在于：所述ZnO/CaFe₂O₄为柠檬状，粒径约为200nm，其中ZnO呈颗粒状附着在CaFe₂O₄表面，ZnO/CaFe₂O₄中ZnO和CaFe₂O₄的摩尔比为0.1-1:1。

通过ZnO和CaFe₂O₄的复合，一方面增加了材料的比表面积，为甲醛气体分子提供更多的吸附-解吸位点和扩散路径，从而增强了甲醛气体传感性能，另一方面，减小了禁带宽度，降低了电子跃迁到导带需要的能量，从而提高了复合材料的气敏性能。

优选的，ZnO和CaFe₂O₄的摩尔比为0.35-0.54:1。