CN108821330A - 一种具有分级结构的氧化铟空心管的制备方法 - Google Patents

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王�琦
张苏
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Abstract

本发明提供了一种具有独特分级结构的氧化铟空心微管制备方法。该制备方法具体包括：以N‑N二甲基甲酰胺，硫脲，对苯二甲酸和硝酸铟水合物为原料，经油浴反应、水热反应、煅烧处理，得到分级结构空心六棱柱微管结构的氧化铟。分层结构具有较大的表面积，可以有效吸附更多的氧气和目标气体，空心结构可以有效提高材料的利用率，提高传感性能。因此兼备分级及空心结构将有助于改善性能。本实验不使用昂贵的表面活性剂，成本比较低，对三乙胺气体具有良好的气敏性能，因此在三乙胺气体检测方面具有长远的应用前景。

Description

一种具有分级结构的氧化铟空心管的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有分级结构的氧化铟空心管的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺技术领域。
背景技术
三乙胺是一种无色透明液体，具有强烈的刺激性气味，有毒。它主要用作工业中的溶剂，固化剂，催化剂，防腐剂和合成染料，TEA的测试已广泛应用于化学工业。同时，检测三乙胺的常用方法（气/液/固色谱和比色法）由于其成本高，携带困难和操作程序复杂而难以推广。因此，高灵敏度和高选择性的TEA传感器的制备已成为亟待解决的问题。
在过去几年中，半导体金属氧化物因其低成本，响应恢复快和高选择性而为生产良好性能的气敏材料提高了可能。In2O3作为重要的n型半导体，具有宽带隙（3.55-3.75eV），具有良好的光电化学性能。然而，传统的In2O3作为气敏材料存在一定的缺陷，如高工作温度和低响应。据相关报道，许多研究都集中在控制In2O3的形态和纳米结构，包括纳米纤维，纳米花球，纳米粒子和纳米膜。通过改变In2O3的形态和结构，可以有效地改善材料的气敏性，此外，贵金属（如Au ，Pt，Ag）和具有半导体金属氧化物的复合物的引入也可以有效地提高材料的气敏性。氧化铟空心微管具有特殊的中空结构和分级结构，分层结构具有较大的表面积，可以有效吸附更多的氧气和目标气体，空心结构可以有效提高材料的利用率，提高传感性能。因此兼备分级及空心结构将有助于改善性能。我国对于In2O3纳米材料尤其是其结构形貌的研究正处于起步阶段，但是由于制备方法具有操作复杂，生产成本高等缺点，这使得研究成果很难大范围地投入到实际工业生产中。此外，由于实验设备和生产技术的制约，目前人们对于In2O3纳米材料的探究尤其是气敏性能方面的探究还不是很深入。研究人员亟待以更为系统全面的角度来研究In2O3纳米材料的结构形貌特征和功能性质特征。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种具有分级结构的氧化铟空心管的制备方法。具有成本低，生产工艺简单，产率高，无环境污染，易于工业化大规模生产的特点。所得具有分级结构和空心结构的的氧化铟气敏材料的灵敏度得到大幅提高，可用于气体传感器等领域。实现本发明目的的技术方案是：一种具有分级结构的氧化铟空心管的制备方法，其特征在于：N-N二甲基甲酰胺，硫脲，对苯二甲酸和硝酸铟水合物，经水热反应、煅烧处理，得到氧化铟空心六棱柱微管。本方法生产工艺简单，不使用昂贵的表面活性剂，成本比较低，所得氧化铟可作为气敏材料，由于具有中空和分级结构。对三乙胺气体具有良好的气敏性能，因此在三乙胺气体检测方面具有长远的应用前景。具体合成步骤如下：
（1）称取一定量的对苯二甲酸和硝酸铟，溶于N-N二甲基甲酰胺中，其中硝酸盐的浓度为0.0074 mol/L，对苯二甲酸的浓度为0.0165 mol/L，且控制硝酸盐与对苯二甲酸的摩尔比为1:(1~2)；
（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至油浴锅中，温度为120~140 ºC，保温30 min，将得到的白色沉淀去离子水、无水乙醇间隔洗涤沉淀各3次，放入干燥箱干燥，得到白色样品；
（3）将步骤（2）中所得白色样品加入40 mL无水乙醇和硫脲控制硫脲与白色样品比为(1~2):1，混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应3小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；
（4）将步骤（3）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400~550℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟空心管。
附图说明
图1为氧化铟空心微管的XRD图。
图2为硫化铟空心微管的SEM图。
图3为氧化铟空心微管的SEM图。
图4为氧化铟空心微管的TEM图。
图5为最佳工作电压下氧化铟空心微管气敏元件对1ppm-20ppm的三乙胺气体的灵敏度曲线图。
图6为最佳工作电压下氧化铟空心微管气敏元件的响应恢复曲线图。
下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
（1）称取一定量的对苯二甲酸和硝酸铟，溶于N-N二甲基甲酰胺中，其中硝酸盐的浓度为0.0074 mol/L，对苯二甲酸的浓度为0.0165 mol/L，且控制硝酸盐与对苯二甲酸的摩尔比为1:2；
（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至油浴锅中，温度为130 ºC，保温30 min，将得到的白色沉淀去离子水、无水乙醇间隔洗涤沉淀各3次，放入干燥箱干燥，得到白色样品；
（3）将步骤（2）中所得白色样品加入40 mL无水乙醇和硫脲控制硫脲与白色样品比为2:1，混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应3小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；
（4）将步骤（3）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟空心管。
实施例2:
（1）称取一定量的对苯二甲酸和硝酸铟，溶于N-N二甲基甲酰胺中，其中硝酸盐的浓度为0.0074 mol/L，对苯二甲酸的浓度为0.0165 mol/L，且控制硝酸盐与对苯二甲酸的摩尔比为1:1.5；
（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至油浴锅中，温度为130 ºC，保温30 min，将得到的白色沉淀去离子水、无水乙醇间隔洗涤沉淀各3次，放入干燥箱干燥，得到白色样品；
（3）将步骤（2）中所得白色样品加入40 mL无水乙醇和硫脲控制硫脲与白色样品比为1:1，混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应3小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；
（4）将步骤（3）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟空心管。
实施例3:
（1）称取一定量的对苯二甲酸和硝酸铟，溶于N-N二甲基甲酰胺中，其中硝酸盐的浓度为0.0074 mol/L，对苯二甲酸的浓度为0.0165 mol/L，且控制硝酸盐与对苯二甲酸的摩尔比为1:2；
（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至油浴锅中，温度为140 ºC，保温30 min，将得到的白色沉淀去离子水、无水乙醇间隔洗涤沉淀各3次，放入干燥箱干燥，得到白色样品；
（3）将步骤（2）中所得白色样品加入40 mL无水乙醇和硫脲控制硫脲与白色样品比为1:1，混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应3小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；
（4）将步骤（3）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在550℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟空心管。
实施例4:
（1）称取一定量的对苯二甲酸和硝酸铟，溶于N-N二甲基甲酰胺中，其中硝酸盐的浓度为0.0074 mol/L，对苯二甲酸的浓度为0.0165 mol/L，且控制硝酸盐与对苯二甲酸的摩尔比为1:2；
（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至油浴锅中，温度为140 ºC，保温30 min，将得到的白色沉淀去离子水、无水乙醇间隔洗涤沉淀各3次，放入干燥箱干燥，得到白色样品；
（3）将步骤（2）中所得白色样品加入40 mL无水乙醇和硫脲控制硫脲与白色样品比为2:1，混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应3小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；
（4）将步骤（3）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500 ℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟空心管。

Claims (1)

1.一种具有分级结构的氧化铟空心管的制备方法，具体合成步骤如下：
（1）称取一定量的对苯二甲酸和硝酸铟，溶于N-N二甲基甲酰胺中，其中硝酸盐的浓度为0.0074 mol/L，对苯二甲酸的浓度为0.0165 mol/L，且控制硝酸盐与对苯二甲酸的摩尔比为1:(1~2)；
（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至油浴锅中，温度为120~140 ºC，保温30 min，将得到的白色沉淀去离子水、无水乙醇间隔洗涤沉淀各3次，放入干燥箱干燥，得到白色样品；
（3）将步骤（2）中所得白色样品加入40 mL无水乙醇和硫脲控制硫脲与白色样品比为(1~2):1，混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应3小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；
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