[发明专利]一种多级结构金属氧化物气敏材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种多级结构金属氧化物气敏材料及其制备方法，本发明利用尿素或六次甲基四胺作为碱源，借助有机酸减缓反应体系pH值的增加速率并作为结构导向剂，以水醇混合溶剂调节晶片生长动力学，制备由纳米片组装的多级结构层状氢氧化物前驱体，经焙烧得到由纳米片组装的多级结构复合氧化物，再通过铵盐刻蚀复合氧化物中的MgO或ZnO得到多孔纳米片，形成更多的表面缺陷，获得操作温度低、响应值高、检测限低的介孔多级结构金属氧化物气敏材料。该材料的纳米片厚度为5‑20nm，比表面为80‑180m2/g，孔径集中于2‑15nm，促进了气体吸附、扩散和活化，进而提高了气敏性能。本发明的方法操作简单、条件温和，便于工业化生产。

主权项

1.一种多级结构金属氧化物气敏材料的制备方法，具体步骤如下：A.配制含Mg2+或Zn2+与M2+、M3+、M4+的混合盐溶液，其中阴离子为硝酸根、硫酸根或Cl‑中的一种、两种或三种，其中Mg2+或Zn2+与M2+的摩尔比为0‑20，M3+和M4+与M2+的摩尔比为0‑20，M2+的摩尔浓度为0.01‑1.2mol/L；向其中加入缓释碱溶液，再加入有机酸溶液形成混合溶液，混合溶液中缓释碱溶液与M2+、M3+和M4+摩尔量之和的比值为1‑10，有机酸与M2+、M3+和M4+摩尔量之和的比值为1‑10；所述的M2+为Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Fe2+、Mn2+、Cd2+、Pd2+、Pt2+、Be2+中的一种或两种；当M2+含Zn2+时，则采用Mg2+与M2+的盐配制盐溶液；M3+为Al3+、Co3+、Ti3+、Fe3+、Cr3+、Ga3+、Ni3+、V3+、Mn3+、Rh3+、Ir3+、Ru3+、La3+、Sc3+、In3+中的一种或两种；M4+为Sn4+、Ce4+、Ti4+、Zr4+中的一种；所述的缓释碱溶液是尿素或六次甲基四胺溶于去离子水中配制成0.1‑3mol/L的溶液；所述的有机酸溶液是有机酸溶于醇类溶剂中配制成0.5‑15mol/L的溶液；所述的有机酸为乙酸、丙酸、丁酸、己酸、月桂酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸、硬脂酸、水杨酸、苯甲酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、氨三乙酸、二乙烯三胺五羧酸、酒石酸、庚糖酸、葡萄糖酸、海藻酸、乙二胺四甲叉磷酸和二乙烯三胺五甲叉膦酸中的任意一种；所述的醇类溶剂为乙醇、乙二醇、丙醇、丙二醇、丙三醇、正丁醇、己醇中的任意一种或两种；B.在搅拌状态下，将步骤A得到的混合溶液加热至90‑120℃，并在该温度下持续反应，当溶液的pH值达到6‑9时，停止反应，冷却到室温，过滤，用去离子水离心洗涤沉淀4‑6次，再用乙醇洗涤2‑4次，将滤饼在60‑100℃下干燥6‑12h即可得到层状氢氧化物纳米片组装的多级结构前驱体；C.将步骤B制备的氢氧化物前驱体置于马弗炉中，以1‑10℃/min的升温速率加热至200‑400℃，并保温0.5‑6h，即得到纳米片组装的多级结构复合氧化物；D.配制浓度为0.1‑5mol/L的铵盐溶液，将步骤C得到的复合氧化物加入到铵盐溶液中，使溶液中NH4+与Mg或Zn的摩尔比值为1‑10，在30‑100℃搅拌反应0.5‑4h，以刻蚀复合氧化物中的MgO或ZnO，刻蚀结束后离心洗涤产物，用去离子水洗涤4‑6次，乙醇洗涤2‑4次，然后将产物在90‑100℃下干燥6‑12h多级结构金属氧化物气敏材料；所述的铵盐是氯化铵、硝酸铵或硫酸铵。