CN103539941B - 纳米二氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的制备 - Google Patents
纳米二氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的制备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种纳米SnO2负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的化学制备方法。将α-萘胺单体、水溶性亚锡盐和模板剂加入去离子水中搅拌形成乳液，然后另取引发剂溶于另一盛有去离子水的烧杯中，再以两秒每滴的速度加入之前配制的乳液中，反应结束后经洗涤干燥得到纳米SnO2修饰的聚α-萘胺纳米管。本发明原料廉价，可在常温下将结晶良好的SnO2均匀修饰负载于聚α-萘胺纳米管上，工艺简单，材料的结构形貌控制稳定，室温下对氨气气体检测限在10ppm以下。除气敏传感器领域外，所得产物可应用于微波吸收材料、超级电容器、电致变色、光催化剂等领域。
Description
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种纳米氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的化学制备方法。
背景技术
聚α-萘胺是一种具有稠环结构的共轭高分子，对酸性和碱性气体具有一定的敏感特性，可直接在室温下获得信号响应，但缺点是灵敏度较低。
二氧化锡是一类多功能性宽禁带半导体材料，在气敏传感器领域有独特的优势。将具有较大比表面积的聚α-萘胺与SnO2复合制备气敏传感器材料可结合两者优点，在较低的工作温度下获得较好的气体响应。目前合成SnO2纳米材料的方法主要有激光剥离法、微波法、等离子体法、水热/溶剂热法等，这些方法的合成环境较为苛刻，不适合用于聚合物材料的原位修饰。本发明在常温常压下水溶液原位化学氧化法合成粒径约5纳米结晶良好的SnO2颗粒，并同步修饰于聚α-萘胺纳米管基体上形成异质结结构，获得纳米SnO2负载聚α-萘胺纳米管复合气敏材料，室温下对氨气气体检测限在10ppm以下。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种纳米氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的化学合成方法。
一种纳米二氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：将α-萘胺单体、水溶性亚锡盐和模板剂加入去离子水中搅拌形成乳液；另取引发剂溶于另一盛有去离子水的烧杯中，再以两秒每滴的速度加入之前配制的乳液中，混合液颜色逐渐变蓝再变黑；
（2）恒温反应：混合溶液室温下持续搅拌12～24小时；
（3）洗涤；
（4）干燥。
所述的α-萘胺单体在最后混合溶液中的浓度为0.01～0.05mol/L。
所述的水溶性亚锡盐选自氯化亚锡或硫酸亚锡，在最后混合溶液中的浓度为0.01～0.05mol/L。
所述的模板剂为α-萘磺酸、b-萘磺酸、1,5-二萘磺酸、2,4-二硝基萘酚-7-磺酸中的一种，模板剂在最后混合溶液中的浓度为0.05～0.5mol/L。
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或其组合；加入引发剂的摩尔量是反应体系中苯胺单体与氯化亚锡摩尔量总和的1～3倍。
所述洗涤为对于得到的纳米粉体，用去离子水和乙醇交替洗涤，每次洗涤后采用离心机沉淀或抽滤设备进行过滤，过滤产物重新在去离子水或乙醇中分散，反复过滤直到滤液pH值为7，最后一次用乙醇洗涤以方便干燥。
所述干燥为对于得到的纳米粉体，放在50～70℃的烘箱中烘干。
本发明原料廉价，可在常温下将结晶良好的SnO2均匀修饰负载于同步生成的聚α-萘胺纳米管上，工序简易，材料的结构形貌控制稳定，室温下对氨气气体检测限在10ppm以下。除气敏传感器领域外，所得产物可应用于微波吸收材料、超级电容器、电致变色、光催化剂等领域。
附图说明
图1为采用本发明（实施例1）合成SnO2负载聚α-萘胺纳米管的XRD图谱，水溶液中单独合成SnO2的XRD图谱和SnO2（JCPDS41-1445）的标准图谱作为比较。
图2为采用本发明（实施例1）合成SnO2负载聚α-萘胺纳米管的透射电镜照片。
图3采用本发明（实施例1）合成SnO2负载聚α-萘胺纳米管的在室温下10ppm氨气中的响应曲线。
具体实施方式
实施例1、纳米SnO2负载聚α-萘胺纳米管的化学制备方法：
首先将2mmolα-萘胺单体、4mmol氯化亚锡和10mmolb-萘磺酸加入50mL去离子水中搅拌形成乳液。另取20mmol过硫酸钾溶于50mL去离子水中并以两秒每滴的速度加入之前配制的乳液中，混合液颜色逐渐变蓝再变成褐色。混合溶液室温下持续搅拌24小时，杯底有黑色沉淀生成。将生成产物用去离子水和乙醇多次交替洗涤至中性，放入60℃烘箱中保温8小时干燥，得到SnO2负载的聚α-萘胺纳米管。产物XRD图谱如图1所示，与SnO2标准图谱（JCPDS卡片：41-1445）良好对应，表明含有SnO2成分；透射电镜照片如图2所示，图2（a）显示SnO2纳米颗粒均匀附着在聚α-萘胺纳米管上，图2（b）显示修饰的SnO2颗粒尺寸约5纳米，结晶良好。
将得到的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A型气敏元件测试系统测试不同浓度下对NH3气体的响应。图3显示在室温下10ppm氨气气氛中有明显的响应，10ppm氨气气体灵敏度为1.8。
实施例2：
重复实施例1，采用硫酸亚锡代替氯化亚锡，得到SnO2负载的聚α-萘胺纳米管。该材料制备敏感元件在室温下10ppm氨气气体中灵敏度为1.2。
实施例3：
重复实施例1，采用10%双氧水代替过硫酸铵水溶液，得到SnO2负载的聚α-萘胺纳米管。该材料制备敏感元件在室温下10ppm氨气气体中灵敏度为1.4。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种纳米二氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的制备，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：将α-萘胺单体、水溶性亚锡盐和模板剂加入去离子水中搅拌形成乳液；另取引发剂溶于另一盛有去离子水的烧杯中，再以两秒每滴的速度加入之前配制的乳液中，混合液颜色逐渐变蓝再变黑；
所述的α-萘胺单体在最后混合溶液中的浓度为0.01～0.05mol/L；
所述的水溶性亚锡盐选自氯化亚锡或硫酸亚锡，在最后混合溶液中的浓度为0.01～0.05mol/L；
所述的模板剂为α-萘磺酸、β-萘磺酸、1,5-二萘磺酸、2,4-二硝基萘酚-7-磺酸中的一种，模板剂在最后混合溶液中的浓度为0.05～0.5mol/L；
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或其组合；加入引发剂的摩尔量是反应体系中萘胺单体与氯化亚锡摩尔量总和的1～3倍；
（2）恒温反应：混合溶液室温下持续搅拌12～24小时；
（3）洗涤；
（4）干燥。
2.根据权利要求1所述纳米二氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的制备，其特征在于，所述洗涤为对于得到的纳米粉体，用去离子水和乙醇交替洗涤，每次洗涤后采用离心机沉淀或抽滤设备进行过滤，过滤产物重新在去离子水或乙醇中分散，反复过滤直到滤液pH值为7，最后一次用乙醇洗涤以方便干燥。
3.根据权利要求1所述纳米二氧化锡负载聚α-萘胺纳米管气敏传感材料的制备，其特征在于，所述干燥为对于得到的纳米粉体，放在50～70℃的烘箱中烘干。
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