CN106564939A - 一种蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机先进材料技术领域，具体涉及一种具有蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法。本发明的目的是提出一种具有蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法，以钛酸酯、SnCl2·2H2O为前驱物，糠醇为结构模板，在高温灼烧条件下合成。采用了一个灼烧反应过程，具有安全性高、可操作性强、易推广的特点，所获材料具有较高的晶化程度。以本发明所述方法合成得到的具有蜂窝状SnO2/TiO2复合纳米材料可以直接制备成气敏电极，以所获得电极可以对空气中的甲醛进行检测，检出限可达0.1ppm。

Description

一种蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法
技术领域
本发明属于无机先进材料技术领域，具体涉及一种具有蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法。
技术背景
室内污染物中，甲醛已成为中国最重要的室内污染物之一，甲醛在浓度高于几个ppm时可造成呼吸系统的损失，同时甲醛还是一种致癌物质，建立快速、可靠、准确的方法对控制污染物与身体健康至关重要。常用的检测方法有分光光度法、色谱法、电化学检测法等，但前两种方法涉及的样品的前处理方法复杂，成本比较高，因而不能普及到日常生活中。市面上用的甲醛检测试剂盒一般采用的是电化学检测方法，其中，半导体甲醛气敏传感器制作简单，成本低，使用方便而易于交换，可以将甲醛气体浓度信号转化成电信号，在检测气体浓度方面具有的优势。
半导体材料有多电子的N型半导体和多空穴的P型半导体两种，甲醛是还原性气体。对于N型半导体，空气中的氧气吸附在半导体表面，从导带捕获电子形成O2 -、O-、O2-，使得半导体表面的电子云密度降低，电阻升高；当加入甲醛时，原来吸附的氧脱附，而由还原性气体以正离子状态吸附在半导体表面；氧脱附放出电子，还原性气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。甲醛气体不存在了，半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。P型半导体的电阻变化与N型相反。半导体材料表面吸附甲醛后导致电阻变化，我们通过测量电路测定半导体材料的阻值变化引发的电路中电压和电流的变化来衡量甲醛气体的各项指标，这便是甲醛气敏传感器的敏感机理。
作为N型半导体，SnO2已广泛应用气敏材料，随着研究的深入与近年来纳米技术的迅速发展，人们发现纳米TiO2气敏材料具有工作温度低、性能好、制备简单等优点，因此逐渐成为人们关注的另一个热点。
发明专利授权公告号为CN100402467C公开了一种SnO2/TiO2纳米复合材料，该发明采用溶胶-凝胶法制备SnO2/TiO2复合前驱体，研磨后高温焙烧得到各种摩尔比例的纳米复合材料。一方面提高系统的电荷分离效果，另一方面，提高敏感材料的灵敏度，改变材料的阻抗。该方法的缺点是步骤复杂，程序繁琐。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的是提出一种具有蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法，以钛酸酯、SnCl2·2H2O为前驱物，糠醇为结构模板，在高温灼烧条件下合成，具体合成过程如下：
步骤一，混合钛酸正丁酯与糠醇搅拌均匀后，加入SnCl2·2H2O乙醇溶液，得到前驱体；
步骤二，将搅拌均匀的前驱体放入马弗炉中，反应数小时后，即得到蜂窝状SnO2/TiO2复合型气敏材料。
进一步的，配制SnCl2·2H2O成乙醇溶液，加SnCl2·2H2O乙醇溶液到已混合均匀钛酸正丁酯与糠醇溶液中，其中，钛酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O乙醇溶液体积比为1:6:1.7～1:6:15.7。
进一步的，所述马弗炉升温至90℃保持12小时，升温至400℃并保持3小时，在500℃条件下灼烧12小时。
进一步的，所述马弗炉升温的速率为1℃/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，
1、本发明所述方法采用了一个灼烧反应过程，具有安全性高、操作性强、易推广的特点，所获材料具有较高的晶化程度。
2、以本发明所述方法合成得到的具有蜂窝状SnO2/TiO2复合纳米材料能够直接制备成气敏电极，以所获得电极对空气中的甲醛进行检测，检出限可达0.1ppm。
附图说明
图1为本发明实施例1所述SnO2/TiO2复合型纳米材料的X射线衍射XRD图；
图2为本发明实施例1所述SnO2/TiO2复合型纳米材料的扫描电子显微镜SEM图；
图3为本发明实施例1所述SnO2/TiO2复合型纳米材料的X射线衍射XRD图；
图4为本发明实施例2所述SnO2/TiO2复合型纳米材料的扫描电子显微镜SEM图。
具体实施方式
本发明的目的是提出一种具有蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法，以钛酸酯、SnCl2·2H2O为前驱物，糠醇为结构模板，在高温灼烧条件下合成，具体合成过程如下：步骤一，混合钛酸正丁酯与糠醇搅拌均匀后，加入SnCl2·2H2O乙醇溶液，得到前驱体；步骤二，将搅拌均匀的前驱体放入马弗炉中，反应数小时后，即可得到蜂窝状SnO2/TiO2复合型气敏材料。
进一步的，配制SnCl2·2H2O成乙醇溶液，加SnCl2·2H2O乙醇溶液到已混合均匀钛酸正丁酯与糠醇溶液中，其中，钛酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O乙醇溶液体积比为1:6:1.7～1:6:15.7。
进一步的，所述马弗炉以1℃/min的升温速率升温至90℃保持12小时，再以1℃/min的升温速率升温至400℃并保持3小时，在500℃条件下灼烧12小时。
实施例1
0.5mL钛酸正丁酯与3mL糠醇在磁力搅拌器上搅拌0.5小时，在取3.5mL浓度为0.4g/mL SnCl2·2H2O的乙醇溶液，搅拌0.5小时，将所得的橙色溶液转入坩埚中，置于马弗炉中，先以1℃/min升温速率升温至90℃保持12小时，然后，再在同一升温速率下升温至400℃并保持3小时，最后在500℃条件下灼烧12小时。如图1和图2所示，所获产物经XRD，SEM等表征后，具有蜂窝状形貌的SnO2/TiO2纳米结构材料，蜂窝直径约为300nm。
上述钛酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O的质量比为1:3.8:4。
以本实施例合成得到的具有蜂窝状SnO2/TiO2复合纳米材料可以直接合成成气敏电极，以所获得电极可以对空气中的甲醛进行检测，检出限可达0.1ppm
实例2
0.5mL钛酸正丁酯与3mL糠醇在磁力搅拌器上搅拌0.5小时，再取7.875mL浓度为4g/mL的SnCl2·2H2O的乙醇溶液，搅拌0.5小时，将所得的橙色溶液转入坩埚中，置于马弗炉中，先以1℃/min升温速率升温至90℃保持12小时，然后，再在同一升温速率下升温至400℃并保持3小时，最后在500℃条件下灼烧12小时。如图3和图4所示，所获产物经XRD，SEM等表征后，具有球形的SnO2/TiO2纳米结构材料，直径约为200nm。
上述钛酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O的质量比为1:3.8:9。
以本实施例合成得到的具有蜂窝状SnO2/TiO2复合纳米材料可以直接合成成气敏电极，以所获得电极可以对空气中的甲醛进行检测，检出限可达10ppm。

Claims (4)

1.一种蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料的合成方法，以钛酸酯、SnCl2·2H2O为前驱物，糠醇为结构模板，在高温灼烧条件下合成，其特征在于具体制备过程如下：
步骤一，混合钛酸正丁酯与糠醇搅拌均匀后，加入SnCl2·2H2O乙醇溶液，得到前驱体；
步骤二，将搅拌均匀的前驱体放入马弗炉中，即得到蜂窝状SnO2/TiO2复合型纳米材料。
2.根据权利要求1所述合成方法，其特征在于，配制SnCl2·2H2O成乙醇溶液，加SnCl2·2H2O乙醇溶液到已混合均匀钛酸正丁酯与糠醇溶液中，其中，钛酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O质量比为1:3.8:3～1:3.8:27。
3.根据权利要求1所述合成方法，其特征在于，所述马弗炉升温至90℃保持12小时，升温至400℃并保持3小时，在500℃条件下灼烧12小时。
4.根据权利要求3所述合成方法，其特征在于，所述马弗炉的升温的速率为1℃/min。
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