一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料及制備和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明，涉及一種氧化錫負載的多孔氧化鎳氣敏傳感器材料及制備和應(yīng)用，將強堿和含鎳的無機鹽加入水熱反應(yīng)釜中恒溫反應(yīng)；清洗產(chǎn)物并用酸化、洗滌和烘干得到多孔氧化鎳球形顆粒；所得到的分散到水溶性錫鹽的水溶液中，加入正丁醇，在共沸點脫去氫氧化物中的水，得到氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料。本發(fā)明原料廉價，可在常溫下將結(jié)晶良好的氫氧化錫均勻修飾負載于氫氧化鎳上，利用共沸技術(shù)脫水，材料的結(jié)構(gòu)形貌可以穩(wěn)定控制，對氣體檢測限在1ppm以下。除氣敏傳感器領(lǐng)域外，所得產(chǎn)物可應(yīng)用于太陽能電池、光催化劑等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料及制備和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感材料的化學(xué)制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔氧化鎳材料由于具有可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)、高比表面積和較強的離子交換性能，有利于反應(yīng)物在催化過程中在活性位進行反應(yīng)，對H2S、乙醇、丙酮、甲醛等氣體的探測方面顯示了極大地應(yīng)用前景，因此氧化鎳多孔結(jié)構(gòu)材料被廣泛應(yīng)用于氣敏傳感器的敏感材料。然而，單一氧化鎳材料的氣敏性能受控于材料的形貌、晶型、比表面積、能帶結(jié)構(gòu)等，雖然這方面的研究有了很大的進步，但仍然存在靈敏度低、選擇性差等缺點。SnO2是一類多功能的寬禁帶半導(dǎo)體材料，屬N型半導(dǎo)體。將SnO2顆粒均勻修飾負載于P型N1基體上形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，比單獨使用N1具有更高的靈敏度。
[0003]本發(fā)明原料廉價，可在常溫下將結(jié)晶良好的氫氧化錫均勻修飾負載于氫氧化鎳上，利用共沸技術(shù)脫水，材料的結(jié)構(gòu)形貌可以穩(wěn)定控制，對氣體檢測限在Ippm以下。除氣敏傳感器領(lǐng)域外，所得產(chǎn)物可應(yīng)用于太陽能電池、光催化劑等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料及制備和應(yīng)用。
[0005]—種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)將強堿和鎳的前驅(qū)體加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，擰緊密封，放入100-160°c恒溫烘箱中靜止反應(yīng)6-12小時；
(2)反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗直至pH值7-8；再用鹽酸清洗4?5次;產(chǎn)物離心分離，沉淀物放入50?70°C的烘箱中烘干后，得到多孔氫氧化鎳球形顆粒；
(3)得到的氫氧化鎳超聲分散到水溶性氟錫酸銨水溶液中，滴加氨水攪拌至少3小時，用去離子水和乙醇交替洗滌干燥，加入正丁醇，在80?95°C脫去氫氧化物中的水，得到氧化錫負載的多孔氧化鎳氣敏傳感器材料。
[0006]步驟(I)中所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或其組合，在最后混合溶液中的濃度為2-lOmol/l;鎳的有機前驅(qū)體為四羥基鎳，氨基磺酸鎳和α-二亞胺金屬鎳的一種，在最后混合溶液中鎳的濃度為0.05-0.2mol/l。
[0007]步驟(3)中所述的氟錫酸銨可以用等摩爾量的草酸亞錫代替。
[0008]步驟(3)中所述的氟錫酸銨的濃度為0.01-0.05mol/l，錫與鎳的摩爾比為1:2?6。
[0009]步驟(3)所述的干燥是放在50-70°C的烘箱中烘干。
[0010]一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料，其特征在于，根據(jù)上述任一所述方法制備得到。
[0011]—種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料在甲醛測試中的應(yīng)用。
[0012]本發(fā)明提供了一種提高MO對空氣中甲醛測試敏感性的制備方法。通過在多孔氧化鎳表面負載SnO2，可以獲得比N1和SnO2納米混合顆粒更高的吸附面積，從而得到對甲醛氣體響應(yīng)良好的SnO2負載多孔Ni O復(fù)合氣敏材料，甲醛氣體檢測限在I ppm以下。另外，為了避免常用方法中間產(chǎn)物Ni(OH)2在高溫燒結(jié)轉(zhuǎn)變成MO過程中多孔結(jié)構(gòu)的破壞，本發(fā)明利用正丁醇和水共沸的方法，在不超過100°C的條件下脫出Ni(OH)2的水，保持了反應(yīng)產(chǎn)物的初始結(jié)構(gòu)和形貌。
【附圖說明】
[0013]圖1為采用本發(fā)明(實施例1)合成SnO2負載多孔N1的掃描電鏡照片。
[0014]圖2為采用本發(fā)明(實施例1)合成的SnO2負載多孔N1對甲醛氣體的響應(yīng)曲線。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:
將2mol/L的氫氧化鈉和0.05mol/l四羥基鎳加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，擰緊密封，放入100°C恒溫烘箱中靜止反應(yīng)12小時;反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗直至pH值7?8;再用鹽酸清洗4?5次;產(chǎn)物離心分離，沉淀物放入80°C的烘箱中烘干后，得到多孔氧化鎳球形顆粒;得到的氫氧化鎳超聲分散到0.01 mol/I氟錫酸銨的水溶液中，錫與鎳的摩爾比為1:2，攪拌3小時，用去離子水和乙醇交替洗滌，在50°C的烘箱中干燥，加入正丁醇，在80°C脫去氫氧化物中的水，得到氧化錫負載的多孔氧化鎳氣敏傳感器材料，見圖1;將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，采用WS-30A型氣敏元件測試系統(tǒng)測試不同濃度下對甲醛氣體的響應(yīng)，圖2顯示在I ppm甲醛氣氛下有明顯的響應(yīng)。
[0016]實施例2:
將10mol/L的氫氧化鈉和0.2mol/la-二亞胺金屬鎳加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，擰緊密封，放入160°C恒溫烘箱中靜止反應(yīng)6小時;反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗直至PH值7?8;再用鹽酸清洗4?5次;產(chǎn)物離心分離，沉淀物放入80°C的烘箱中烘干后，得到多孔氧化鎳球形顆粒;得到的氫氧化鎳超聲分散到0.05mol/Ι的氟錫酸銨水溶液中，錫與鎳的摩爾比為1:6，攪拌3小時，用去離子水和乙醇交替洗滌，在70°C的烘箱中干燥，加入正丁醇，在95°C脫去氫氧化物中的水，得到氧化錫負載的多孔氧化鎳氣敏傳感器材料;將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，該材料制備敏感元件在Ippm甲醛氣體中的靈敏度為2.1。
[0017]實施例3:
將5mol/L的氫氧化鈉和0.lmol/1氨基磺酸鎳加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，擰緊密封，放入130°C恒溫烘箱中靜止反應(yīng)9小時;反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗直至pH值7?8;再用鹽酸清洗4?5次;產(chǎn)物離心分離，沉淀物放入80°C的烘箱中烘干后，得到多孔氫氧化鎳球形顆粒;得到的氫氧化鎳超聲分散到0.03 mol/I草酸亞錫的水溶液中，錫與鎳的摩爾比為1:4，攪拌3小時，用去離子水和乙醇交替洗滌，在60°C的烘箱中干燥，加入正丁醇，在90°C脫去氫氧化物中的水，得到氧化錫負載的多孔氧化鎳氣敏傳感器材料;將得到的粉體分散涂于六腳陶瓷管氣敏測試元件上，，該材料制備敏感元件在I ppm甲醛氣體中的靈敏度為2.5。
【主權(quán)項】
1.一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將強堿和鎳的前驅(qū)體加入去離子水中，攪拌均勻再將混合液移入帶有聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，擰緊密封，放入100-160°c恒溫烘箱中靜止反應(yīng)6-12小時； (2)反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水反復(fù)清洗直至pH值7-8;再用鹽酸清洗4?5次;產(chǎn)物離心分離，沉淀物放入50?70°C的烘箱中烘干后，得到多孔氫氧化鎳球形顆粒； (3)得到的氫氧化鎳超聲分散到水溶性氟錫酸銨水溶液中，滴加氨水攪拌至少3小時，用去離子水和乙醇交替洗滌干燥，加入正丁醇，在80?95°C脫去氫氧化物中的水，得到氧化錫負載的多孔氧化鎳氣敏傳感器材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的強堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或其組合，在最后混合溶液中的濃度為2-lOmol/l;鎳的有機前驅(qū)體為四羥基鎳，氨基磺酸鎳和α-二亞胺金屬鎳的一種，在最后混合溶液中鎳的濃度為0.05-0.2mol/l。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述的氟錫酸銨可以用等摩爾量的草酸亞錫代替。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述的氟錫酸銨的濃度為0.01-0.05mol/l，錫與鎳的摩爾比為I:2?6。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述的干燥是放在50-70°C的烘箱中烘干。6.—種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料，其特征在于，根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述方法制備得到。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種氧化錫負載多孔氧化鎳氣敏傳感器材料在甲醛測試中的應(yīng)用。
【文檔編號】G01N33/00GK106018706SQ201610556935
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】何丹農(nóng), 張芳, 林琳, 葛美英, 張春明, 金彩虹
【申請人】上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司