CN106517315B - 一维纳米复合金属氧化物气敏材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一维纳米复合金属氧化物气敏材料及其制备方法。本发明将氯化锌溶液、氯化锡溶液混合后与氢氧化钠溶液进行水热反应，通过加入无水乙醇、表面活性剂和控制反应条件而制备一维纳米氧化锌氧化锡复合材料。该制备方法与现有的一维纳米金属氧化物材料的制备方法相比，具有成本低，操作简单，低能耗等优点。制备的纳米复合材料对甲烷、一氧化碳、二氧化氮等气体具有气体敏感度，是一种良好的气敏材料。
Description
技术领域
本发明涉及气敏材料领域，具体涉及氧化锌和氧化锡复合的气敏材料，该材料具有高气敏性能，是一种一维纳米复合金属氧化物。
背景技术
一维纳米结构指的是材料在空间三维取向上有一维长于纳米尺度，一维纳米材料的形貌比较多样，据文献[1]“Progress in Materials Science Volume 52，Issue 5，July2007，Pages 699-913”中所述如纳米线，纳米管，纳米带，纳米树杈等均属于一维纳米形貌。一维氧化锡纳米材料有较强的表面效应和量子效应，在高温下结构稳定，不宜团聚，且对气体的响应温度较低，灵敏度较高。通过不同的制备方法和制备参数可控制其晶体尺寸和形貌，结构形貌的差异会引起气敏性质的不同。
目前文献中报道的一维氧化物包括一维纳米氧化锡、一维纳米氧化锌等。文献[2]“Size-controllable one-dimensinal SnO2 nanocrystals：synthesis，growthmechanism，and gas sensing property，Phys.Chem.Chem.Phys.，2006，8，4874-4880”中通过微乳液法在240℃下反应15小时得到了直径在6～22nm的一维纳米氧化锡。该氧化锡有较好的结晶度和良好的形貌。文献[3]“一种氧化锡纳米材料及其制备方法，北京化工大学，CN101941734A，2011年1月12日”制备了一种具有高气敏性能的氧化锡纳米材料。文献[4]“Hydrothermal synthesis and gas sensing characters of ZnO nanorods，Sensorsand Actuators B，2006，113(1)：526-531”中，通过锌粉与十六烷基三甲基溴化铵在182℃下水热24小时得到了约1μm长，直径40～80nm的一维纳米氧化锌，该氧化锌有较好的 结晶度和较短的恢复时间。文献[5]“一种一维氧化锌纳米材料及其制备方法，北京化工大学，CN101591037A” 制备了一种具有高气敏性能的氧化锌纳米材料，其合成方法步骤简单易行，材料易得，低温合成耗能少。然而，关于将氧化锌和氧化锡复合的一维纳米材料则少有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种一维纳米氧化锌和氧化锡复合的气敏材料及其制备方法，该复合材料具有高气敏性能。
本发明的操作步骤如下：
一种一维纳米复合金属氧化物气敏材料的制备方法，在搅拌的条件下，将碱水溶液加入到氯化锌和氯化锡的混合溶液中，然后依次加入无水乙醇、表面活性剂进行反应，获得氧化锌和氧化锡的复合一维纳米材料。
进一步地，具体步骤如下：
A. 用去离子水配制0.05～0.5mol/L的氯化锌溶液；
B. 用去离子水配制0.05～0.5mol/L的氯化锡溶液；
C. 将氢氧化钠或氢氧化钾溶于去离子水中配制0.5～3mol/L的碱水溶液；
D. 将步骤A所得氯化锌溶液与步骤B所得氯化锡溶液按相等的金属摩尔量混合均匀，得混合液Ⅰ；然后在搅拌下，将步骤C配制的碱水溶液缓慢滴加到氯化锌和氯化锡的混合液Ⅰ中，得混合溶液Ⅱ，直至液Ⅱ中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶5～8，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶5～8；按混合液Ⅱ的体积称量等体积的无水乙醇并滴加至混合液Ⅱ中，并继续磁力搅拌15～30分钟，然后按每升混合液Ⅱ中加入2～4g表面活性剂计，将表面活性剂加入反应器，搅拌溶解；密封反应器，升温至70～100℃温度，恒温反应4～8小时，然后继续升温至200～240℃温度，恒温反应20～40小时，自然冷却到室温，将产物过滤，以去离子水洗涤滤渣3～5次，再用无水乙醇洗涤3～5次后自然晾干，得到结晶度良好的一维纳米复合氧化锌氧化锡材料；
进一步地，步骤D所述的表面活性剂是十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
进一步地，步骤A所得氯化锌溶液的浓度为0.4mol/L。
进一步地，步骤B所得氯化锡溶液的浓度为0.4mol/L。
进一步地，步骤D中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1:7，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1:7。
一种由所述的制备方法制备的一维纳米复合金属氧化物气敏材料，所述材料为氧化锌和氧化锡复合的一维纳米材料，该材料的直径小于300nm，长度小于8μm，形貌为纳米树杈或者纳米棒状。
本发明的有益效果是：合成方法步骤简单易行，材料易得，低温合成耗能少，易于工业化。所得材料的直径小于300nm，长度小于8μm，形貌为纳米树杈或者纳米棒状。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明不限于这些实例。
实施例1
A. 将氯化锌用去离子水配制成为浓度为0.4mol/L的锌盐溶液，取20ml置于带搅拌的反应器中。
B. 用去离子水配制0.4mol/L的氯化锡溶液；
C. 将NaOH用去离子水配制成为浓度为2.0mol/L的NaOH溶液。
D. 将步骤A所得氯化锌溶液与步骤B所得氯化锡溶液混合均匀，得混合液；然后在搅拌下，将步骤C配制的NaOH溶液缓慢滴加到所述氯化锌和氯化锡的混合液中， 直至溶液中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶7，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶7，按混合溶液体积称量等体积的无水乙醇与反应液混合，并继续磁力搅拌15分钟，以每升3g的浓度加入适量的十六烷基三甲基溴化铵，搅拌溶解；密封反应器，在80℃温度下反应5小时，然后继续升温至240℃，恒温反应30小时，自然冷却到室温，将产物过滤，以去离子水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤5次后自然晾干，得到结晶度良好的一维纳米复合氧化锌氧化锡材料。
实施例2
A. 将氯化锌用去离子水配制成为浓度为0.2mol/L的锌盐溶液，取20ml置于带搅拌的反应器中；
B. 用去离子水配制0.2mol/L的氯化锡溶液；
C. 将NaOH用去离子水配制成为浓度为1.0mol/L的NaOH溶液。
D. 将步骤A所得氯化锌溶液与步骤B所得氯化锡溶液混合均匀，得混合液；然后在搅拌下，将步骤C配制的NaOH溶液缓慢滴加到所述氯化锌和氯化锡的混合液中， 直至溶液中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶6，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶6，按混合溶液体积称量等体积的无水乙醇与反应液混合，并继续磁力搅拌20分钟，以每升2.4g的浓度加入适量的十四烷基三甲基溴化铵，搅拌溶解；密封反应器，在90℃温度下反应4小时，然后继续升温至200℃，恒温反应40小时，自然冷却到室温，将产物过滤，以去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次后自然晾干，得到结晶度良好的一维纳米复合氧化锌氧化锡材料。
实施例3
A. 将氯化锌用去离子水配制成为浓度为0.3mol/L的锌盐溶液，取20ml置于带搅拌的反应器中；
B. 用去离子水配制0.3mol/L的氯化锡溶液；
C. 将NaOH用去离子水配制成为浓度为3.0mol/L的NaOH溶液。
D. 将步骤A所得氯化锌溶液与步骤B所得氯化锡溶液混合均匀，得混合液；然后在搅拌下，将步骤C配制的NaOH溶液缓慢滴加到所述氯化锌和氯化锡的混合液中， 直至溶液中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶8，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶8，按混合溶液体积称量等体积的无水乙醇与反应液混合，并继续磁力搅拌30分钟，以每升3.5g的浓度加入适量的十六烷基三甲基氯化铵，搅拌溶解；密封反应器，在85℃温度下反应4.5小时，然后继续升温至210℃，恒温反应38小时，自然冷却到室温，将产物过滤，以去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次后自然晾干，得到结晶度良好的一维纳米复合氧化锌氧化锡材料。
Claims (5)
1.一种一维纳米复合金属氧化物气敏材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
A.用去离子水配制0.05～0.5mol/L的氯化锌溶液；
B.用去离子水配制0.05～0.5mol/L的氯化锡溶液；
C.将氢氧化钠或氢氧化钾溶于去离子水中配制0.5～3mol/L的碱水溶液；
D.将步骤A所得氯化锌溶液与步骤B所得氯化锡溶液按相等的金属摩尔量混合均匀，得混合液Ⅰ；然后在搅拌下，将步骤C配制的碱水溶液缓慢滴加到氯化锌和氯化锡的混合液Ⅰ中，得混合溶液Ⅱ，直至液Ⅱ中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶5～8，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1∶5～8；按混合液Ⅱ的体积称量等体积的无水乙醇并滴加至混合液Ⅱ中，并继续磁力搅拌15～30分钟，然后按每升混合液Ⅱ中加入2～4g表面活性剂计，将表面活性剂加入反应器，搅拌溶解；密封反应器，升温至70～100℃温度，恒温反应4～8小时，然后继续升温至200～240℃温度，恒温反应20～40小时，自然冷却到室温，将产物过滤，以去离子水洗涤滤渣3～5次，再用无水乙醇洗涤3～5次后自然晾干，得到结晶度良好的一维纳米复合氧化锌氧化锡材料，该材料的直径小于300nm，长度小于8μm，形貌为纳米树杈。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D所述的表面活性剂是十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A所得氯化锌溶液的浓度为0.4mol/L。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤B所得氯化锡溶液的浓度为0.4mol/L。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤D中锌离子与氢氧根离子的摩尔比为1:7，锡离子与氢氧根离子的摩尔比为1:7。
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- 2016-10-12 CN CN201610892266.0A patent/CN106517315B/zh not_active Expired - Fee Related
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