CN105417572A - 一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法 - Google Patents

一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法，该方法利用水热法合成n型氧化锡和p型氧化铜复合微球，首先采用水热法合成纯态CuO微球，然后用二次水热法实现SnO2/CuO复合微球。本发明的SnO2/CuO复合微球制备方法简单，反应温度低，设备要求不高，无需后续处理条件即可获得SnO2/CuO复合微球结构，该发明制备的SnO2/CuO复合微球对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，另外可用于太阳电池光阳极、光催化等领域。

Description

一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法
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p-n型金属氧化物复合微球的制备方法。
背景技术
纳米半导体金属氧化物气体传感器由于具有响应时间和恢复时间快、小型化、低能耗、低价位等特点，近年来在大气和室内环境监测、企业安全生产、医疗等领域的应用越来越广泛。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。
通过构建p-n结，利用不同材料互补增强原理可提高气敏元件的选择性，有望改善气敏元件的选择性，并呈现出稳定性好等优异性能。
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p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法，
一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤一：合成氧化铜微球：
配0.1-0.3M水溶性铜盐溶液，溶液体积为30mL；向上述溶液中加入6-18mmol的尿素和3-9mmol的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），搅拌半小时左右；置于聚四氟乙烯反应釜中，120-160℃反应3-8小时；待温度降至室温，取沉淀；洗涤干燥后得到CuO微球；
步骤二：制备复合微球：
称取五水合氯化锡（SnCl4·5H2O）和0.1g步骤一制备的CuO，SnCl4·5H2O和CuO质量比为1:（1-20），将二者置于50mL乙二醇中，超声使其分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，160-180℃反应5-12小时；待温度降至室温，取沉淀；用丙酮和乙醇洗涤后，干燥，得到SnO2修饰的CuO微球。
步骤一中所说的水溶性铜盐为硝酸铜（Cu(NO3)2·3H2O）或乙酸铜（Cu(Ac)2·H2O）或硫酸铜（CuSO4·5H2O）中的一种；
步骤一中所说的Cu(NO3)2·3H2O和尿素和CTAB的摩尔比为1:(1.5-3)：(0.8-1.2)。
本发明采用水热法制备了一种p-n型SnO2/CuO复合微球，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。该方法首先采用水热法合成纯态CuO微球，然后用二次水热法实现SnO2/CuO复合微球。通过调控CuO微球的形貌和结构可调节产物的尺寸、形貌、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SnO2/CuO复合微球。该发明制备的SnO2/CuO复合微球可用于气敏传感器、太阳电池光阳极、光催化等领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的SnO2/CuO微球的SEM图。
图2为本发明实施例1制备的SnO2/CuO微球的高倍SEM图。
具体实施方式
实施例1：
配0.26M的Cu(NO3)2·3H2O溶液，溶液体积为30mL；向上述溶液中加入15mmol的尿素和7.8mmol的（CTAB）；搅拌半小时左右，置于聚四氟乙烯反应釜中，140℃反应5小时；待温度降至室温，取沉淀；洗涤干燥后得到CuO微球；
称取0.1g的SnCl4·5H2O和0.1g上述干燥好的CuO，将二者置于50mL乙二醇中，超声使其分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，160℃反应6小时；待温度降至室温，取沉淀；用丙酮和乙醇洗涤4次后，干燥，得到SnO2修饰的CuO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，结果表明，最低测试温度为80℃，50ppm的CO气体的灵敏度为1.85。
实施例2：
配0.26M的Cu(NO3)2·3H2O溶液，溶液体积为30mL；向上述溶液中加入15mmol的尿素和7.8mmol的（CTAB）；搅拌半小时左右，置于聚四氟乙烯反应釜中，120℃反应5小时；待温度降至室温，取沉淀；洗涤干燥后得到CuO微球；
称取0.1g的SnCl4·5H2O和0.1g上述干燥好的CuO，将二者置于50mL乙二醇中，超声使其分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，180℃反应8小时；待温度降至室温，取沉淀；用丙酮和乙醇洗涤4次后，干燥，得到SnO2修饰的CuO微球。
该材料制备敏感元件在80℃时对50ppm的CO气体灵敏度为2.73。
实施例3：
配0.3M的Cu(Ac)2·H2O溶液，溶液体积为30mL；向上述溶液中加入18mmol的尿素和9mmol的CTAB；搅拌半小时左右，置于聚四氟乙烯反应釜中，140℃反应5小时；待温度降至室温，取沉淀；洗涤干燥后得到CuO微球；
称取0.01g的SnCl4·5H2O和0.1g上述干燥好的CuO粉体，将二者置于50mL乙二醇中，超声使其分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，180℃反应8小时；待温度降至室温，取沉淀；用丙酮和乙醇洗涤4次后，干燥，得到SnO2修饰的CuO微球。
该材料制备敏感元件在80℃时对50ppm的CO气体灵敏度为1.2。
实施例4：
配0.15M的CuSO4·5H2O溶液，溶液体积为30mL；向上述溶液中加入9mmol的尿素和5mmol的CTAB；搅拌半小时左右，置于聚四氟乙烯反应釜中，120℃反应8小时；待温度降至室温，取沉淀；洗涤干燥后得到CuO微球。
称取0.1g的SnCl4·5H2O和0.1g上述干燥好的的CuO，将二者置于50mL乙二醇中，其中粉末的浓度为，超声使其分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，180℃反应5小时；待温度降至室温，取沉淀；用丙酮和乙醇洗涤后，干燥，得到SnO2修饰的CuO微球。
该材料制备敏感元件在80℃时对50ppm的CO气体灵敏度为2.3。

Claims (3)

1.一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤一：合成氧化铜微球：
配0.1-0.3M水溶性铜盐溶液，溶液体积为30mL；向上述溶液中加入6-18mmol的尿素和3-9mmol的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），搅拌半小时左右；置于聚四氟乙烯反应釜中，120-160℃反应3-8小时；待温度降至室温，取沉淀；洗涤干燥后得到CuO微球；
步骤二：制备复合微球：
称取五水合氯化锡（SnCl4·5H2O）和0.1g步骤一制备的CuO，SnCl4·5H2O和CuO质量比为1:（1-20），将二者置于50mL乙二醇中，超声使其分散均匀，置于聚四氟乙烯反应釜中，160-180℃反应5-12小时；待温度降至室温，取沉淀；用丙酮和乙醇洗涤后，干燥，得到SnO2修饰的CuO微球。
2.根据权利要求1所述的一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法，其特征在于，步骤一中所说的水溶性铜盐为硝酸铜（Cu(NO3)2·3H2O）或乙酸铜（Cu(Ac)2·H2O）或硫酸铜（CuSO4·5H2O）中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种p-n型SnO2/CuO复合微球的制备方法，其特征在于，步骤一中所说的Cu(NO3)2·3H2O和尿素和CTAB的摩尔比为1:(1.5-3)：(0.8-1.2)。
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