CN110065972B - 一种以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以ZIF‑67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法，将六水合硝酸钴和2‑甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃的烘箱中干燥得到ZIF‑67；将得到的ZIF‑67和六水合硝酸钴按质量比为8:7~8:10溶于去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于120~150℃水热反应1~2.5h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；将得到的产物置于管式炉中，在空气气氛下以5~10℃/min的升温速率升温至300~450℃保温2~3h，最终制得汉堡状Co3O4气敏材料。本发明具有反应条件温和，简单方便等优点。
Description
技术领域
本发明属于无机功能材料Co3O4的合成技术领域，具体涉及一种以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法及其应用。
背景技术
随着我国经济的发展，工业水平也在逐渐的提升，随之带来的是生产生活中有毒有害的气体大量排放至空气中，这些气体不仅污染了环境，也损害了人类的健康。为了能够实时检测人们生活和工作的环境，气体传感器的使用越来越被重视，而气体传感器中气敏材料的制备也是非常重要的，常见的气敏材料有很多，例如：氧化锌、二氧化锡、三氧化铁等。Co3O4是一种黑色或灰色的粉末状固体，由于它具有高灵敏度及价格低廉的特点，可以作为优良的气敏材料，在气敏检测中被广泛的应用。因为材料的结构、尺寸和形貌等不同对材料也会产生不同的性能，所以通过合成特定的形貌来获得更好的性能。
Co3O4的合成方法有许多，例如：电化学沉积法，它可以合成具有片状形貌的Co3O4，该合成方法通常可以在室温或稍高于室温条件下进行，但是电化学沉积法对于基体表面上晶核的生成和长大的速度却难于控制。同时研究人员也采用溶胶-凝胶法、水热法等一些制备方法合成了不同形貌的Co3O4，例如：棒状、管状、块状等。而本发明主要采用了以ZIF-67作为原料来制备汉堡状Co3O4，ZIF-67是一种金属-有机框架的化合物，由于它具有了一些特殊的性质而吸引了研究人员的关注。目前，已有研究人员采用ZIF-67为模板成功合成出不同形貌的Co3O4，但是基于ZIF-67作为合成原料，制备出汉堡状Co3O4的方法目前未见相关研究报道，同时该合成方法也具有反应条件温和，简单方便的优点。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种合成工艺简单且反应条件温和的以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃的烘箱中干燥得到ZIF-67；
步骤S2：将步骤S1得到的ZIF-67和六水合硝酸钴按质量比为8:7~8:10溶于去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于120~150℃水热反应1~2.5h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；
步骤S3：将步骤S2得到的产物置于管式炉中，在空气气氛下以5~10℃/min的升温速率升温至300~450℃保温2~3h，最终制得汉堡状Co3O4气敏材料。
进一步优选，步骤S1中所述六水合硝酸钴与2-甲基咪唑的投料质量比为9:10~9:13。
进一步优选，步骤S1中所述静止过夜的时间为18~24h。
本发明所述的方法制得的汉堡状Co3O4气敏材料作为气体传感器在100~350℃工作温度下对浓度为5~100ppm乙醇选择性识别中的应用。
本发明具有以下有益效果：基于本发明制备的汉堡状形貌Co3O4的方法具有反应条件温和，简单方便的优点，目前未见相关研究报道。本发明制得的汉堡状Co3O4气敏材料作为气体传感器能够在100~350℃工作温度下对浓度为5~100ppm乙醇进行选择性识别。
附图说明
图1是实施例1制得的汉堡状Co3O4气敏材料的扫描电镜图；
图2是实施例1制得的汉堡状Co3O4气敏材料作为气体传感器在不同温度下对100ppm乙醇的检测灵敏度曲线；
图3是实施例1制得的汉堡状Co3O4气敏材料作为气体传感器在210℃工作温度下对100ppm不同气体的选择性响应曲线。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
步骤S1：称取5.8500g六水合硝酸钴和6.5400g 2-甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌12min，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃烘箱中干燥得到ZIF-67；
步骤S2：取质量比为8:7的步骤S1得到的ZIF-67和六水合硝酸钴溶于的去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于120℃水热反应1h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；
步骤S3：将步骤S2得到的产物置于管式炉中，在空气气氛中以5℃/min的升温速率升温至300℃保温2h，最后得到汉堡状Co3O4气敏材料。
实施例2
步骤S1：称取5.8500g六水合硝酸钴和6.5400g 2-甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌12min，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃烘箱中干燥得到ZIF-67；
步骤S2：取质量比为8:8的步骤S1得到的ZIF-67和六水合硝酸钴溶于的去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于120℃水热反应1.5h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；
步骤S3：将步骤S2得到的产物置于管式炉中，在空气气氛中以7℃/min的升温速率升温至350℃保温2.5h，最后得到汉堡状Co3O4气敏材料。
实施例3
步骤S1：称取5.8500g六水合硝酸钴和6.5400g 2-甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌12min，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃烘箱中干燥得到ZIF-67；
步骤S2：取质量比为8:9的步骤S1得到的ZIF-67和六水合硝酸钴溶于的去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于140℃水热反应2h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；
步骤S3：将步骤S2得到的产物置于管式炉中，在空气气氛中以9℃/min的升温速率升温至400℃保温2h，最后得到汉堡状Co3O4气敏材料。
实施例4
步骤S1：称取5.8500g六水合硝酸钴和6.5400g 2-甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌12min，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃烘箱中干燥得到ZIF-67；
步骤S2：取质量比为8:10的步骤S1得到的ZIF-67和六水合硝酸钴溶于的去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于150℃水热反应2.5h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；
步骤S3：将步骤S2得到的产物置于管式炉中，在空气气氛中以10℃/min的升温速率升温至450℃保温3h，最后得到汉堡状Co3O4气敏材料。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (4)
1.一种以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑溶于甲醇中，室温下搅拌，然后静止过夜，待反应结束后，用甲醇洗涤、离心，最后放入65℃的烘箱中干燥得到ZIF-67；
步骤S2：将步骤S1得到的ZIF-67和六水合硝酸钴按质量比为8:7~8:10溶于去离子水中形成均匀的混合溶液，在室温下搅拌5min后转移至水热反应釜中于120~150℃水热反应1~2.5h，待反应结束后冷却、洗涤、干燥得到产物；
步骤S3：将步骤S2得到的产物置于管式炉中，在空气气氛下以5~10℃/min的升温速率升温至300~450℃保温2~3h，最终制得汉堡状Co3O4气敏材料。
2.根据权利要求1所述的以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法，其特征在于：步骤S1中所述六水合硝酸钴与2-甲基咪唑的投料质量比为9:10~9:13。
3.根据权利要求1所述的以ZIF-67为原料制备汉堡状Co3O4气敏材料的方法，其特征在于：步骤S1中所述静止过夜的时间为18~24h。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的方法制得的汉堡状Co3O4气敏材料作为气体传感器在100~350℃工作温度下对浓度为5~100ppm乙醇选择性识别中的应用。
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