CN106018706A - 一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料及制备和应用 - Google Patents

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何丹农
张芳
林琳
葛美英
张春明
金彩虹
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Abstract

本发明，涉及一种氧化锡负载的多孔氧化镍气敏传感器材料及制备和应用，将强碱和含镍的无机盐加入水热反应釜中恒温反应；清洗产物并用酸化、洗涤和烘干得到多孔氧化镍球形颗粒；所得到的分散到水溶性锡盐的水溶液中，加入正丁醇，在共沸点脱去氢氧化物中的水，得到氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料。本发明原料廉价，可在常温下将结晶良好的氢氧化锡均匀修饰负载于氢氧化镍上，利用共沸技术脱水，材料的结构形貌可以稳定控制，对气体检测限在1ppm以下。除气敏传感器领域外，所得产物可应用于太阳能电池、光催化剂等领域。

Description

一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料及制备和应用
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感材料的化学制备方法。
背景技术
多孔氧化镍材料由于具有可调的孔道结构、高比表面积和较强的离子交换性能，有利于反应物在催化过程中在活性位进行反应，对H2S、乙醇、丙酮、甲醛等气体的探测方面显示了极大地应用前景，因此氧化镍多孔结构材料被广泛应用于气敏传感器的敏感材料。然而，单一氧化镍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。SnO2是一类多功能的宽禁带半导体材料，属N型半导体。将SnO2颗粒均匀修饰负载于p型NiO基体上形成异质结构，比单独使用NiO具有更高的灵敏度。
本发明原料廉价，可在常温下将结晶良好的氢氧化锡均匀修饰负载于氢氧化镍上，利用共沸技术脱水，材料的结构形貌可以稳定控制，对气体检测限在1ppm以下。除气敏传感器领域外，所得产物可应用于太阳能电池、光催化剂等领域。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料及制备和应用。
一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将强碱和镍的前驱体加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入100-160oC恒温烘箱中静止反应6-12小时；
(2)反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7-8；再用盐酸清洗4～5次；产物离心分离，沉淀物放入50～70oC的烘箱中烘干后，得到多孔氢氧化镍球形颗粒；
(3)得到的氢氧化镍超声分散到水溶性氟锡酸铵水溶液中，滴加氨水搅拌至少3小时，用去离子水和乙醇交替洗涤干燥，加入正丁醇，在80～95oC脱去氢氧化物中的水，得到氧化锡负载的多孔氧化镍气敏传感器材料。
步骤（1）中所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其组合，在最后混合溶液中的浓度为2-10mol/l；镍的有机前驱体为四羟基镍，氨基磺酸镍和α-二亚胺金属镍的一种，在最后混合溶液中镍的浓度为0.05-0.2mol/l。
步骤（3）中所述的氟锡酸铵可以用等摩尔量的草酸亚锡代替。
步骤（3）中所述的氟锡酸铵的浓度为0.01-0.05mol/l，锡与镍的摩尔比为1：2～6。
步骤（3）所述的干燥是放在50-70oC的烘箱中烘干。
一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。
一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料在甲醛测试中的应用。
本发明提供了一种提高NiO对空气中甲醛测试敏感性的制备方法。通过在多孔氧化镍表面负载SnO2，可以获得比NiO和SnO2纳米混合颗粒更高的吸附面积，从而得到对甲醛气体响应良好的SnO2负载多孔NiO复合气敏材料，甲醛气体检测限在1ppm以下。另外，为了避免常用方法中间产物Ni(OH)2在高温烧结转变成NiO过程中多孔结构的破坏，本发明利用正丁醇和水共沸的方法，在不超过100oC的条件下脱出Ni(OH)2的水，保持了反应产物的初始结构和形貌。
附图说明
图 1 为采用本发明（实施例 1）合成 SnO2负载多孔NiO的扫描电镜照片。
图2 为采用本发明（实施例 1）合成的SnO2负载多孔NiO对甲醛气体的响应曲线。
具体实施方式
实施例 1：
将2mol/L的氢氧化钠和0.05mol/l四羟基镍加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入100oC恒温烘箱中静止反应12小时；反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7~8；再用盐酸清洗4～5次；产物离心分离，沉淀物放入80oC的烘箱中烘干后，得到多孔氧化镍球形颗粒；得到的氢氧化镍超声分散到0.01 mol/l氟锡酸铵的水溶液中，锡与镍的摩尔比为1：2，搅拌3小时，用去离子水和乙醇交替洗涤，在50oC的烘箱中干燥，加入正丁醇，在80oC脱去氢氧化物中的水，得到氧化锡负载的多孔氧化镍气敏传感器材料，见图1；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甲醛气体的响应，图2显示在1 ppm甲醛气氛下有明显的响应。
实施例 2：
将10mol/L的氢氧化钠和0.2mol/lα-二亚胺金属镍加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入160oC恒温烘箱中静止反应6小时；反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7~8；再用盐酸清洗4～5次；产物离心分离，沉淀物放入80oC的烘箱中烘干后，得到多孔氧化镍球形颗粒；得到的氢氧化镍超声分散到0.05 mol/l的氟锡酸铵水溶液中，锡与镍的摩尔比为1：6，搅拌3小时，用去离子水和乙醇交替洗涤，在70oC的烘箱中干燥，加入正丁醇，在95oC脱去氢氧化物中的水，得到氧化锡负载的多孔氧化镍气敏传感器材料；将得到的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，该材料制备敏感元件在1ppm甲醛气体中的灵敏度为2.1。
实施例 3：
将5mol/L的氢氧化钠和0.1mol/l氨基磺酸镍加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入130oC恒温烘箱中静止反应9小时；反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7~8；再用盐酸清洗4～5次；产物离心分离，沉淀物放入80oC的烘箱中烘干后，得到多孔氢氧化镍球形颗粒；得到的氢氧化镍超声分散到0.03 mol/l草酸亚锡的水溶液中，锡与镍的摩尔比为1：4，搅拌3小时，用去离子水和乙醇交替洗涤，在60oC的烘箱中干燥，加入正丁醇，在90oC脱去氢氧化物中的水，得到氧化锡负载的多孔氧化镍气敏传感器材料；将得到的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，，该材料制备敏感元件在1ppm甲醛气体中的灵敏度为2.5。

Claims (7)

1. 一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 将强碱和镍的前驱体加入去离子水中，搅拌均匀再将混合液移入带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，拧紧密封，放入100-160oC恒温烘箱中静止反应6-12小时；
(2)反应产物用去离子水反复清洗直至pH值7-8；再用盐酸清洗4～5次；产物离心分离，沉淀物放入50～70oC的烘箱中烘干后，得到多孔氢氧化镍球形颗粒；
(3)得到的氢氧化镍超声分散到水溶性氟锡酸铵水溶液中，滴加氨水搅拌至少3小时，用去离子水和乙醇交替洗涤干燥，加入正丁醇，在80～95oC脱去氢氧化物中的水，得到氧化锡负载的多孔氧化镍气敏传感器材料。
2. 根据权利要求1所述一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其组合，在最后混合溶液中的浓度为2-10mol/l；镍的有机前驱体为四羟基镍，氨基磺酸镍和α-二亚胺金属镍的一种，在最后混合溶液中镍的浓度为0.05-0.2mol/l。
3. 根据权利要求1所述一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的氟锡酸铵可以用等摩尔量的草酸亚锡代替。
4. 根据权利要求1所述一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的氟锡酸铵的浓度为0.01-0.05mol/l，锡与镍的摩尔比为1：2～6。
5. 根据权利要求1所述一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的干燥是放在50-70oC的烘箱中烘干。
6. 一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料，其特征在于，根据上述任一权利要求所述方法制备得到。
7. 根据权利要求6所述一种氧化锡负载多孔氧化镍气敏传感器材料在甲醛测试中的应用。
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