-ZnO復合納米材料及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Cr2O3-ZnO復合納米顆粒氣敏材料及其制備方法和應用，利用共沉淀法，在弱堿性條件下，采用無水乙醇或水為溶劑，在較低溫度下采用共沉淀技術制備納米顆粒；通過調(diào)控前驅(qū)體中Cr鹽和Zn鹽的量調(diào)控納米顆粒中Cr2O3和ZnO的比例；將沉淀物烘干、退火即可得到具有高比表面積、高結晶度的Cr2O3-ZnO納米顆粒。該產(chǎn)物的制備方法簡單，成本低廉，比表面積大，易于控制納米顆粒中Cr2O3和ZnO的比例，所得的納米顆粒具有粒徑分布均勻，且穩(wěn)定性強等優(yōu)點；該發(fā)明制備的納米顆?？捎糜跉怏w傳感器、氣體催化凈化等領域。
【專利說明】 一種Cr203-Zn0復合納米材料及其制備方法和應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬氧化物納米材料的制備技術,具體是指一種Cr203-Zn0復合納米材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]大氣是人類賴以生存的重要環(huán)境因素之一，然而隨著近現(xiàn)代工業(yè)技術的迅速發(fā)展，易燃、易爆、有毒有害氣體帶來的危害也隨之顯現(xiàn)，這些氣體不僅威脅到人們的生命財產(chǎn)安全，而且還破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類賴以生存的環(huán)境。其中氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染源之一，并且排放量呈逐年增長的趨勢。為了人類生存健康、環(huán)境治理、工業(yè)生產(chǎn)和安全，對氮氧化物的檢測與治理成為國際環(huán)保領域的主要方向；對氣敏傳感器的穩(wěn)定性、可靠性、靈敏度也提出了更高、更新的要求，大力發(fā)展氮氧化物的氣敏傳感技術刻不容緩。目前主要的氣體分析方法有紅外吸收、熱導分析、氣象色譜等儀器分析等，但是由于價格昂貴、不能實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測，限制了其應用。因此開發(fā)低成本、靈敏度高、便于攜帶的氣敏傳感器成為當今發(fā)展的重要方向。
[0003]金屬氧化物半導體材料與氣體接觸時引起以載流子運動為特征的電導率、表面電位等物理性質(zhì)發(fā)生變化，利用該性質(zhì)可以檢測待測氣體的成分和濃度。這種傳感器具有響應時間和恢復時間快、價格低等優(yōu)點，成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的傳感器之一。氧化鋅納米材料由于具有較高的比表面積和良好的光電、光催化性能，在氣體傳感器領域具有非常廣闊的應用前景。ZnO納米材料具有較大的比表面積，表面活性空位多，具有較強的離子交換性能，有利于反應物在催化過程中在活性位進行反應。但是基于ZnO納米材料的氣體傳感器對乙醇、丙酮、甲醛、NOx等氣體均有響應，選擇性差，嚴重制約了氣敏傳感器在實際應用領域的發(fā)展。
[0004]作為半導體功能材料，其氣敏性主要由自身的晶體結構、表面化學態(tài)、氧空位引起的表面缺陷決定，對少量摻雜亦十分敏感，因此通過改變材料的形貌、摻雜改性可以提高氣敏響應的靈敏度和選擇性。Cr203作為重要的催化材料，在NO的凈化領域有非常廣泛的應用，本發(fā)明旨在拓展Cr203的應用，制備Cr203-Zn0復合納米材料，提高ZnO的氣體選擇性，制備針對N0的氣體傳感器材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術的不足，本方法提供一種Cr203-Zn0復合納米顆粒及其制備方法和應用。
[0006]一種Cr203-Zn0復合納米顆粒的制備方法，采用共沉淀法，其特征在于，具體步驟如下:
將作為鋅源和鉻源的前驅(qū)體溶于溶劑中制得溶液A ;溶液B為提供0!Γ的氨水或六亞甲基四胺的水溶液；將溶液Α和溶液B混合，混合方法為取20?200毫升的水或乙醇加熱到30?80°C，將溶液A和溶液B共同滴入水或乙醇中；將混合后的溶液靜置1小時左右，離心得到Cr203-Zn0 ;將Cr203_Zn0在7(Tl20°C下干燥6?12小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火2飛小時，退火溫度300°C?600°C，即得到Cr203-Zn0復合納米顆粒。
[0007]所述的鋅源是硝酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅中的一種或兩種混合物；所述的鉻源是硝酸鉻、氯化鉻中的一種或混合物。
[0008]所述的溶劑是去離子水、乙醇、乙二醇中的一種或兩種的混合物。
[0009]所述的鋅源和鉻源的摩爾比為1:30?1:1 ;鋅源和鉻源離子總濃度為0.4M?3M。
[0010]一種Cr203-Zn0復合納米顆粒，其特征在于，根據(jù)上述任一所述方法制備得到。
[0011]—種Cr203-Zn0復合納米顆粒在N0X氣體傳感器的應用。
[0012]本發(fā)明提供一種簡單可行的、具有很好選擇性的氣敏傳感器材料的制備方法，解決了基于ZnO納米材料的氣體傳感器選擇性差的問題，使基于金屬氧化物的氣體傳感器具有更好的選擇性、更高的靈敏度。
[0013]本發(fā)明的方法是利用共沉淀法制備Cr203-Zn0納米顆粒，通過改變體系中Cr和Zn前驅(qū)體摩爾量調(diào)控納米顆粒中Cr203和ZnO的比例；器件制備方便，將氣敏材料涂敷在陶瓷管表面，制備工藝簡單，重復性好。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明將Cr203-Zn0復合納米顆粒應用于氣體傳感器領域，是一種新型的氣敏材料，能有效地提高氣敏傳感器的選擇性和靈敏度；納米顆粒具有較大的比表面積，均一的粒徑分布，極好的穩(wěn)定性；本發(fā)明的制備方法簡單易行，有利于大規(guī)模的推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的Cr203-Zn0復合納米顆粒的SEM圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的Cr203-Zn0復合納米顆粒的能譜圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的Cr203-Zn0復合納米顆粒對N0的氣體響應曲線。

【具體實施方式】
[0018]實施例1:
將硝酸鋅和氯化鉻按Cr:Zn摩爾比1:10溶于30ml水中制得溶液A，離子濃度為1M ;溶液B為30 ml的氨水；將溶液A和溶液B混合，混合方法為取60 ml的水加熱到70°C，將溶液A和溶液B共同滴入水中；將混合后的溶液靜置1小時左右，離心得到Cr203-Zn0粉末；將Cr203-Zn0粉末在80 °C下干燥12小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火3小時，退火溫度500°C。
[0019]將退火后的產(chǎn)物用SEM、EDX對其結構和組分進行表征，圖1、2為此反應條件所得的Cr203-Zn0納米顆粒的形貌、組分圖。從SEM圖可以看出，制備的產(chǎn)物為納米顆粒，納米顆粒的粒徑均勻，約為10 nm左右；從能譜圖可以看出，產(chǎn)物中有Zn、Cr和0元素，Zn和Cr的原子比為1:7，與投料比相當。圖3是樣品在330°C時測得N0的氣敏響應曲線，N0的濃度為100 ppm。這為金屬氧化物在氣敏傳感器方面的應用奠定了基礎。
[0020]實施例2:
將氯化鋅硝酸鉻按Cr:Zn摩爾比1:5溶于溶劑水制得溶液A，離子濃度為0.5M ;溶液B為氨水；將溶液A和溶液B混合，混合方法為取100 ml的水加熱到60°C，將溶液A和溶液B共同滴入乙醇中；將混合后的溶液靜置1小時左右，離心得到Cr203-Zn0粉末；將Cr203_Zn0粉末在100 °C下干燥6小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火5小時，退火溫度 600。。。
[0021]實施例3:
將醋酸鋅和硝酸鉻作為鋅源和鉻源的前驅(qū)體，按Cr:Zn摩爾比1:30溶于溶劑乙醇中制得溶液A，離子濃度為3M ;溶液B為六亞甲基四胺的水溶液；將溶液A和溶液B混合，混合方法為取200ml的水加熱到80°C，將溶液A和溶液B共同滴入水中；將混合后的溶液靜置1小時左右，離心得到Cr203-Zn0粉末；將Cr203_Zn0粉末在70 °C下干燥10小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火4小時，退火溫度450°C。
[0022]實施例4:
將硝酸鋅和硝酸鉻作為鋅源和鉻源的前驅(qū)體，按Cr:Zn摩爾比1:1溶于溶劑水中制得溶液A，離子濃度為2M ;溶液B為氨水；將溶液A和溶液B混合，混合方法為取20ml的乙醇加熱到30°C，將溶液A和溶液B共同滴入乙醇中；將混合后的溶液靜置1小時左右，離心得到Cr203-Zn0粉末；將Cr203_Zn0粉末在100 °C下干燥8小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火2小時，退火溫度400°C。
[0023]實施例5:
將硝酸鋅和氯化鉻中的一種或混合物作為鋅源和鉻源的前驅(qū)體，按Cr:Zn摩爾比1:20溶于溶劑水中制得溶液A，離子濃度為1M ;溶液B為氨水；將溶液A和溶液B混合，混合方法為取2(T200ml的水加熱到60°C，將溶液A和溶液B共同滴入水中；將混合后的溶液靜置1小時左右，離心得到Cr203-Zn0粉末；將Cr203_Zn0粉末在80 °C下干燥12小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火4小時，退火溫度500°C。
【權利要求】
1.一種Cr2O3-ZnO復合納米顆粒的制備方法，采用共沉淀法，其特征在于，具體步驟如下: 將作為鋅源和鉻源的前驅(qū)體溶于溶劑中制得溶液A;溶液B為提供OH—的氨水或六亞甲基四胺的水溶液；將溶液A和溶液B混合，混合方法為取20?200毫升的水或乙醇加熱到30?80°C，將溶液A和溶液B共同滴入水或乙醇中；將混合后的溶液靜置I小時左右，離心得到Cr2O3-ZnO ;將Cr2O3-ZnO在7(Tl20°C下干燥6?12小時，將干燥好的粉末研磨，然后在空氣氛圍下退火2飛小時，退火溫度300°C?600°C，即得到Cr2O3-ZnO復合納米顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的Cr2O3-ZnO復合納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述的鋅源是硝酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅中的一種或兩種混合物；所述的鉻源是硝酸鉻、氯化鉻中的一種或混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的Cr2O3-ZnO復合納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述的溶劑是去離子水、乙醇、乙二醇中的一種或兩種的混合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的Cr2O3-ZnO復合納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述的鋅源和鉻源的摩爾比為1:30?1:1 ;鋅源和鉻源離子總濃度為0.4M?3M。
5.一種Cr2O3-ZnO復合納米顆粒，其特征在于，根據(jù)上述任一權利要求所述方法制備得到。
6.根據(jù)權利要求5所述的Cr2O3-ZnO復合納米顆粒在NOx氣體傳感器的應用。
【文檔編號】G01N27/00GK104391010SQ201410661273
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權日:2014年11月19日
【發(fā)明者】何丹農(nóng), 葛美英, 尹桂林 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司