CN105271442A - 一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法，利用水热法合成CuO掺杂的Co3O4微球，该方法以水为反应介质，水溶性钴盐和铜盐作为前驱体，尿素和柠檬酸钠作为表面修饰剂，在水热条件下反应得到形貌规整可控的CuO掺杂的Co3O4微球。本发明的CuO掺杂Co3O4微球制备方法简单，反应温度低，设备要求不高，无需后续处理条件即可获得CuO掺杂Co3O4微球结构，该发明制备的CuO掺杂Co3O4微球对一氧化碳（CO）气体具有快速响应，响应温度低，可大大降低能耗，具有较大的应用前景，并且CuO掺杂Co3O4微球具有很好的催化治理CO的性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属氧化物纳米材料的制备技术，具体是指一种CuO掺杂Co3O4微球的制备方法。
背景技术
随着工业生产和环境检测的迫切需要，研制高灵敏度、高选择性的气体传感器已成为研究人员的一大目标。因此，提高气敏材料的灵敏度、选择性及长期稳定性以及降低工作温度、缩短响应恢复时间等成为气敏材料发展的重要方向。单金属氧化物材料的气敏性能受控于材料的形貌、晶型、比表面积、能带结构等，虽然这方面的研究有了很大的进步，但仍然存在灵敏度低、选择性差等缺点。研究者通过构建复合金属氧化物可提高气敏材料的选择性，因此研发新的制备方法、构建新的材料体系的复合金属氧化物对提高半导体材料的气敏效应具有重要意义。
Co3O4作为催化剂，在CO氧化反应及催化领域具有强大的应用潜力，鲜有关于Co3O4气敏响应特性的报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种简单可行的CuO掺杂Co3O4微球的制备方法，该方法采用水热法合成，通过调控体系中前驱体和表面活性剂的比例、反应温度、反应时间等可以调节微球的形貌、尺寸、晶型等，该方法反应温度低，设备要求不高，无需后续热处理即可得到结晶性好的CuO掺杂Co3O4微球。该发明制备的CuO掺杂Co3O4微球可用于气敏传感器、光催化等领域。
一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
(1)将水溶性钴盐和铜盐溶于30mL去离子水中，室温下磁力搅拌至完全溶解，然后加入尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
(2)向溶液A中加入柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，120-160℃反应6-24小时；
(3)反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到CuO-Co3O4微球。
步骤（1）中所说的水溶性钴盐为硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)或氯化钴(CoCl2·6H2O)中的一种；钴盐的量为0.2-0.6mmol。
步骤（1）中所说的水溶性铜盐为硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)或氯化铜（CuCl2·2H2O）中的一种；铜盐和钴盐的摩尔比为(0-10)：100。
步骤（1）中所说的尿素的量为1-3mmol；步骤（2）中所说的柠檬酸钠的量为1.5-5mmol。
本发明的一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.2~0.6mmol硝酸钴或氯化钴和硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)或硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)或氯化铜（CuCl2·2H2O）溶于30mL去离子水中，铜盐和钴盐的摩尔比为(0~10)：100，室温下磁力搅拌至完全溶解，然后加入1~3mmol的尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
(2)向溶液A中加入1.5~5mmol的柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，120~160℃反应6~24小时；
(3)反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到CuO-Co3O4微球。
本发明在对Co3O4催化剂活性中心的认识的基础上，对其进一步改性，用来制备CO气敏传感器材料，本发明提出的制备方法简单，可控性强，为市场提供一种优质的气敏传感器材料及器件。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的CuO-Co3O4微球的SEM图；
图2为本发明实施例1制备的CuO-Co3O4微球在60℃时对浓度为10ppm的不同气体的灵敏度。
具体实施方式
实施例1：
将0.4mmol硝酸钴和0.02mmol的硝酸铜溶于30mL去离子水中，室温下磁力搅拌30min，然后加入2mmol的尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
向溶液A中加入2.8mmol的柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，160℃反应8小时；
反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到CuO-Co3O4微球。
将得到的粉末分散涂于六角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CO气体的响应，结果如图2所示，该方法制备的CuO-Co3O4微球在60℃时对浓度为10ppm的不同气体的灵敏度可以看出，该方法制备的CuO-Co3O4微球在60℃时对其他气体几乎没有响应，对CO气体具有很好的选择性。
实施例2：
将0.4mmol硝酸钴溶于30mL去离子水中，室温下磁力搅拌30min，然后加入2mmol的尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
向溶液A中加入2.8mmol的柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，160℃反应8小时；
反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到Co3O4微球。
该材料制备敏感元件在60℃时对10ppm的CO气体灵敏度为6.5。
实施例3：
将0.25mmol氯化钴和0.023mmol的氯化铜溶于30mL去离子水中，室温下磁力搅拌至完全溶解，然后加入2.5mmol的尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
向溶液A中加入1.5mmol的柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，140℃反应12小时；
反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到CuO-Co3O4微球。
该材料制备敏感元件在60℃时对10ppm的CO气体灵敏度为10.3。
实施例4：
将0.25mmol氯化钴和0.023mmol的氯化铜溶于30mL去离子水中，室温下磁力搅拌至完全溶解，然后加入2.5mmol的尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
向溶液A中加入1.5mmol的柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，160℃反应18小时；
反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到CuO-Co3O4微球。
该材料制备敏感元件在60℃时对10ppm的CO气体灵敏度为16.8。
Claims (4)
1.一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
(1)将水溶性钴盐和铜盐溶于30mL去离子水中，室温下磁力搅拌至完全溶解，然后加入尿素，室温下搅拌至完全溶解，得到溶液A；
(2)向溶液A中加入柠檬酸钠，搅拌30min后置于反应釜中，120-160℃反应6-24小时；
(3)反应结束后待温度降至室温，取沉淀；用去离子水和乙醇洗涤后，干燥，得到CuO-Co3O4微球。
2.根据权利要求1所述的一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所说的水溶性钴盐为硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)或氯化钴(CoCl2·6H2O)中的一种；钴盐的量为0.2-0.6mmol。
3.根据权利要求1所述的一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所说的水溶性铜盐为硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)或氯化铜（CuCl2·2H2O）中的一种；铜盐和钴盐的摩尔比为(0-10)：100。
4.根据权利要求1所述的一种CuO掺杂Co3O4微球气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所说的尿素的量为1-3mmol；步骤（2）中所说的柠檬酸钠的量为1.5-5mmol。
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