CN111606357A - 一种铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料、制备方法和应用 - Google Patents

一种铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料、制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料、制备方法和应用，该气体传感材料是铁酸锌复合在锡酸锌立方体晶格上，铁酸锌与锡酸锌的摩尔数之比为（0.1~1）∶1。制备方法是将铁酸钠、乙酸锌、五水四氯化锡、氟化钠的摩尔数比为（0.1~1）∶1∶1∶2加入到去离子水中，磁力搅拌至少20分钟，将氢氧化钾缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为120~160℃保温10~24h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨、焙烧。该气体传感材料用于检测丙酮浓度。本发明的技术效果是：与锡酸锌相比，本发明用于检测丙酮时，提高了丙酮检测的灵敏度，降低了工作温度。

Description

一种铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料、制备方法和应用
技术领域
本发明属于气体检测材料技术领域，具体涉及一种丙酮气体传感材料和该材料的制备方法。
背景技术
丙酮(CH3COCH3)是一种用途十分广泛的化工原料，主要应用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等领域。丙酮主要是对人的中枢神经系统产生抑制、麻醉的作用，长时间接触丙酮会造成肝、肾和胰腺的损害。据医学研究报道，糖尿病患者呼气中的丙酮浓度比健康人高。目前，全世界大约有四亿人患有糖尿病，并且预计会有大量人患上这种疾病。常规的气体检测仪，例如气相色谱-质谱仪（GC-MS），由于价格昂贵，速度慢，体积大且操作复杂，不适合广泛使用和使用点检测。因此开发一种有效，便携式且廉价的诊断糖尿病的检测器将对医学界带来重大好处。
在过去的几十年中，已有许多人使用不同的金属氧化物半导体气体传感材料（例如ZnO，SnO2，Fe2O3，WO3，NiO，Co3O4和In2O3等）制造各种丙酮传感器。ZnSnO3（锡酸锌）是一种n型金属氧化物半导体（MOS），已广泛用作检测各种VOC（危害性挥发性有机物）的传感材料。ZnSnO3是一种三元金属氧化物半导体材料，具有禁带宽度窄、电子传递快和光学性能优异等特点，被广泛应用于光催化剂，锂离子电池，气体传感器，光电化学装置，电子器件和微波吸收器等领域。但在气体检测中，工作温度高（>200℃），灵敏度低，选择性差，限制了ZnSnO3在传感器领域中的应用。
发明人经长期研究发现：ZnSnO3通过改良后，对丙酮气体具有良好的选择性，优质的重现性和长期的稳定性，还具有更高的灵敏度，更低的工作温度和更快的响应恢复时间，能代表ZnSnO3材料的技术发展趋势。
发明内容
针对现有ZnSnO3材料存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料，它能提高丙酮检测的灵敏度，且能降低锡酸锌材料的工作温度。本发明还提供一种铁酸锌复合锡酸锌气体传感材料的制备方法和应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种铁酸锌复合锡酸锌气体传感材料，铁酸锌复合在锡酸锌立方体晶格上，铁酸锌与锡酸锌的摩尔数之比为（0.1~1）∶1。
优选地：铁酸锌与锡酸锌的摩尔数之比为0.25∶1。
本发明提供的一种制备铁酸锌复合锡酸锌气体传感材料方法，包含以下步骤：
步骤1、将乙酸锌，氯化铁的摩尔数比为1∶2加入到无水乙醇中，磁力搅拌30分钟以上，直到乙酸锌完全溶解到溶液中，
步骤2、将乙二醇溶液缓慢倒入上述溶液中，磁力搅拌30分钟以上；
步骤3、转入反应釜，加热温度为120~180℃，保温10~24h；反应结束后，冷却到室温；
步骤4、将所得产物进行固液分离、烘干、研磨得到铁酸锌粉末；
步骤5、将铁酸锌、乙酸锌、五水四氯化锡、氟化钠的摩尔数比为（0.1~1）∶1∶1∶2加入到去离子水中，磁力搅拌至少20分钟，直到乙酸锌完全溶解到溶液中，
步骤6、将氢氧化钾溶液缓慢倒入上述溶液中，磁力搅拌30分钟以上；
步骤7、转入反应釜，加热温度为120~160℃，保温10-24h；反应结束后，冷却到室温；
步骤8、将所得产物进行固液分离、烘干、研磨、焙烧，得到铁酸锌复合锡酸锌粉末。
本发明的离子反应式为：
Zn2++Fe3++O2-→ZnFe2O4
Zn2++Sn4++6OH-→ZnSn(OH)6
在550℃下焙烧至少1小时：
ZnSn(OH)6→ZnSnO3+3H2O。
上述的铁酸锌复合锡酸锌气体传感材料用于检测丙酮浓度。
与纯锡酸锌相比，本发明的技术效果是：用于检测丙酮时，提高了丙酮检测的灵敏度，又降低了工作温度。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料的XRD图谱；
图2为 ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的XPS光谱：（2a）全谱图，（2b）Zn 2p XPS光谱，（2c）Sn 3d XPS光谱，（2d）Fe 2p XPS光谱，（2e）ZnSnO3的O 1s XPS光谱，（2f）ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25的O 1s XPS光谱；
图3为ZnSnO3和ZnFe2O4 / ZnSnO3-0.25复合材料的SEM图和TEM图像：（3a）ZnSnO3SEM图，（3b）ZnFe2O4 / ZnSnO3-0.25SEM图，（3c）ZnSnO3TEM图像，（3d）ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25TEM图像，（3e）ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料中ZnFe2O4的TEM图像，（3f）ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的HRTEM图像；
图4为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的N2吸附-解吸等温线和相应的Barret-Joyner-Halenda（BJH）孔径分布；（4a）ZnSnO3，（4b）ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25；
图5为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3气体传感材料对丙酮的灵敏度：（5a）在不同工作温度下对30 ppm丙酮的灵敏度；（5b）气体传感材料在各自最佳工作温度下丙酮浓度变化的灵敏度；
图6为气体传感材料在最佳温度下对30 ppm丙酮的响应恢复时间：(6a) ZnSnO3，(6b)ZnFe2O4/ZnSnO3-0.1 , (6c) ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25， (6d) ZnFe2O4/ZnSnO3-0.5， (6e)ZnFe2O4/ZnSnO3-1；
图7为气体传感材料对丙酮的动态响应曲线：
（7a）ZnSnO3在300°C下对不同浓度的丙酮的动态响应曲线；
（7b）ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25在200°C下对不同浓度的丙酮的动态响应曲线；
（7c）在最佳工作温度下，ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25气体传感材料的感测响应与丙酮浓度之间的关系；
（7d）ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料在其最佳工作温度下对30 ppm的多种气体的气体响应；
（7e）ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25气体传感材料分别在各自最佳工作温度下对30ppm丙酮的稳定性；
（7f）在30天内进行连续循环测试的ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3气体传感材料的感测响应；
图8为在不同的相对湿度下，气体传感材料对30 ppm丙酮的气体响应：（8a）ZnSnO3，（8b）ZnFe2O4 / ZnSnO3-0.25。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1，制备纯ZnSnO3
将1mmol乙酸锌、1 mmol五水四氯化锡、0.1g氟化钠加入到35ml去离子水中，磁力搅拌20分钟以上；将10 mmol氢氧化钾缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为120℃保温10h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨，在550℃下焙烧1小时，得到纯锡酸锌（ZnSnO3）粉末。
实施例2， 制备ZnFe2O4/ZnSnO3-0.1（铁酸锌∶锡酸锌=0.1:1）
将0.4mmol乙酸锌、0.8mmol氯化铁加入到30ml无水乙醇中，磁力搅拌20分钟以上；将0.8ml乙二醇溶液缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为120℃保温10h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨，得到铁酸锌粉末。
将获得的0.4mmol铁酸锌粉末与4mmol乙酸锌、4mmol五水四氯化锡、8mmol氟化钠加入到65ml去离子水中，磁力搅拌20分钟以上；将10 mmol氢氧化钾缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为120℃保温10h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨、在550℃下焙烧1.5小时，得到复合比为0.1:1的铁酸锌复合锡酸锌粉末（记为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.1）。
实施例3， 制备ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25（铁酸锌∶锡酸锌=0.25:1）
将1mmol乙酸锌、2mmol氯化铁加入到30ml无水乙醇中，磁力搅拌20分钟以上；将2ml乙二醇溶液缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为140℃保温16h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨，得到铁酸锌粉末。
将获得的1mmol铁酸锌粉末与4mmol乙酸锌、4mmol五水四氯化锡、8mmol氟化钠加入到65ml去离子水中，磁力搅拌20分钟以上；将10 mmol氢氧化钾缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为140℃保温16h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨、在550℃下焙烧2小时，得到复合比为0.25:1的铁酸锌复合锡酸锌粉末（记为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25）。
实施例4，制备ZnFe2O4/ZnSnO3-0.5（铁酸锌∶锡酸锌=0.5:1）
将2mmol乙酸锌、4mmol氯化铁加入到30ml无水乙醇中，磁力搅拌20分钟以上；将4ml乙二醇溶液缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为160℃保温20h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨，得到铁酸锌粉末。
将获得的2mmol铁酸锌粉末与4mmol乙酸锌、4mmol五水四氯化锡、8mmol氟化钠加入到65ml去离子水中，磁力搅拌20分钟以上；将10 mmol氢氧化钾缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为140℃保温20h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨、在550℃下焙烧1小时，得到复合比为0.5:1的铁酸锌复合锡酸锌粉末（记为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.5）。
实施例5，制备ZnFe2O4/ZnSnO3-1（铁酸锌∶锡酸锌=1:1）
将4mmol乙酸锌、8mmol氯化铁加入到30ml无水乙醇中，磁力搅拌20分钟以上；将8ml乙二醇溶液缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为180℃保温24h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨，得到铁酸锌粉末。
将获得的4mmol铁酸锌粉末与4mmol乙酸锌、4mmol五水四氯化锡、8mmol氟化钠加入到65ml去离子水中，磁力搅拌20分钟以上；将10 mmol氢氧化钾缓慢倒入溶液中，磁力搅拌30分钟以上；转入反应釜，加热温度为160℃保温24h，冷却到室温，经固液分离、烘干、研磨、在550℃下焙烧1.2小时，得到复合比为1:1的铁酸锌复合锡酸锌粉末（记为ZnFe2O4/ZnSnO3-1）。
对比测试
将实施例1制得的ZnSnO3与实施例2～实施例5制得的ZnFe2O4/ZnSnO3作对比测试。
测试条件：XRD（Max-1200，日本）、SEM（Hitachi S-4300）、TEM（JEOL JEM-2010F）、BET（ASAP 2020，美国）、XPS（Thermo ESCALAB 250，美国）对样品的晶体结构、比表面积和化学成分进行了表征。气敏性能由CGS-1TP仪器（北京精英科技有限公司）进行测试。
本申请中，半导体传感器的气敏响应值（灵敏度）定义为Ra / Rg，其中Ra和Rg分别是传感器在空气和目标气体中的电阻。响应时间指从传感器接触丙酮气体至达到稳定指示值的时间，恢复时间指从传感器接触空气至达到稳定指示值的时间。通常，选取电阻变化达到稳定值的90％的时间作为响应时间或恢复时间。在响应时间后，能获得稳定的灵敏度。
测试结果
通过X射线衍射（XRD）分析ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3样品的晶体结构。图1为ZnSnO3，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.1，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.5和ZnFe2O4/ZnSnO3-1复合材料的XRD图谱。从图1看出：所有样品的XRD图谱与ZnSnO3和ZnFe2O4的标准XRD图谱非常吻合，没有其他杂质峰，表明合成了高纯度ZnSnO3材料和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料。2θ=19.6°，22.7°，32.4°，36.6°，38.4°，40.1°，46.7°，52.4°和57.7°对应于ZnSnO3（111），（200），（220），（013），（311），（222），（400），（420）和（422）的晶面（JCPDS：11-0274），而且在2θ=34.4o，43.6o，55.1o和60.5o处还表现出ZnFe2O4的衍射峰，对应于ZnFe2O4的(311)，(400)，(511) 和(440)晶面(JCPDS : 22-1012)。
使用X射线光电子能谱（XPS）分析了ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的元素组成和化学状态，如图2所示：图（2a）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的XPS 全谱图，谱中确认了Zn 2p，Sn 3d，Fe 2p，C 1s和O 1s的元素峰，表明制备的材料存在Zn，Sn，Fe，C和O元素。图（2b）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料高分辨率的Zn 2p XPS光谱，在1020.4 eV和1043.5eV处的两个结合能峰分别对应于Zn 2p3 / 2和Zn 2p1 / 2，表明Zn的化学价为+2。图（2c）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的Sn 3d XPS光谱，在485.5和493.9 eV处的强峰正好对应到Sn 3d5 / 2和Sn 3d3 / 2，表明Sn的化学价为+4。图（2d）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的Fe 2p XPS光谱，Fe 2p3 / 2峰在结合能为713.7 eV和715.6 eV时可分为两个清晰的高斯峰，上述结果表明Fe（III）的氧化处于ZnFe2O4 / ZnSnO3-0.25复合材料中。图（2e）为ZnSnO3的O 1s XPS光谱，图（2f）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25的O 1s XPS光谱，根据结合能的差异，可以使用高斯峰法将O 1s峰分为：OI峰，中心在530.3 eV处对应于晶格氧；由氧缺陷引起的OII峰，中心位于531.5 eV，对应于吸附氧。通过计算峰与基线的面积比，可以获得晶格氧和氧缺陷的比例。比较OII峰的比例，可以大致确定样品中氧空位缺陷的比例。在图（2e）和图（2f）中，可以看出ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3的OII峰的比率分别为：42.3％和63.1％。结果表明，ZnFe2O4复合后，ZnSnO3材料中的氧空位缺陷得到了极大的改善，从而提高了ZnSnO3的表面活性，并且氧分子更容易吸附到其中。氧空位缺陷的晶体表面从导带捕获电子以形成吸附的氧离子，从而促进了ZnSnO3表面上德拜电子层的形成，并改善了ZnSnO3的气敏性能形成了ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料。
SEM和TEM用于观察样品的形态和微观结构，如图3所示的结构：图（3a）为ZnSnO3的SEM图，ZnSnO3为均匀的立方体结构。图（3b）为ZnFe2O4 / ZnSnO3-0.25复合材料的SEM图，ZnFe2O4复合后ZnSnO3立方颗粒的形态结构没有改变，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料由立方状的ZnSnO3和海胆状ZnFe2O4组成。
图（3c）为ZnSnO3的TEM图，图中ZnSnO3样品有明显的暗边缘和明亮的内部，表明ZnSnO3样品具有独特的层次结构。图（3d）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的TEM图，图中看出ZnSnO3仍保持立方结构，但尺寸减小。此外，可以发现在立方体周围分布有一些类似海胆的ZnFe2O4。图（3e）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料中ZnFe2O4的TEM图像，从图看出ZnFe2O4具有海胆状形状，尺寸约为10nm～20nm。图（3f）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的HRTEM图像，测得的晶体条纹的晶面间距为0.193 nm和0.33 nm，分别对应于ZnFe2O4的（331）平面和ZnSnO3的（012）平面。
用N2吸附-解吸实验确定所制备样品的比表面积。图4为两种材料的N2吸附-解吸等温线和相应的BJH孔径分布：图（4a）为ZnSnO3，图（4b）为ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25，ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25都显示IV型等温线，其磁滞回线对应于中孔材料的等温线，表明存在中孔结构。ZnSnO3比表面积和孔体积分别为11.9m2/g和0.061cm3/g；ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25比表面积和孔体积分别19.9m2/g和0.089cm3/g。结果表明，与ZnSnO3相比，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料能为气体分子提供更多的吸附-解吸位点和扩散路径，从而增强了气体传感性能。
图（5a）为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料的气体传感器在工作温度为125～350°C时对30 ppm丙酮的响应。从图（5a）可以看出：响应随温度逐渐增加，但是当温度过高时，传感材料响应将降低。ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料在最佳温度（T）时的气体响应为9.8（ZnSnO3，T=300°C），18.1（ZnFe2O4/ZnSnO3-0.1，T=200°C），63.3（ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25，T=200°C），29.7（ZnFe2O4/ZnSnO3-0.5，T=200°C），10.9（ZnFe2O4/ZnSnO3-1，T=200°C）。显然， ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25的传感器在较低的工作温度下对丙酮的气体响应较高，约为ZnSnO3传感器的6.4倍。
图（5b）为丙酮浓度在1 ppm至200 ppm之间的ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料的响应。从曲线可以看出，所有样品的响应随浓度逐渐增加。但是，当浓度增加到某个值（50ppm）时，响应的增加趋势相对较慢。
图（6a）-图（6e）为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料在最佳温度300℃、200℃下对30ppm丙酮的响应恢复时间。ZnSnO3的响应时间和恢复时间为21s和31s，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.1为13s和29s，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25为9s和16s，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.5为17s和18s，ZnFe2O4/ZnSnO3-1为15s和20s。基于以上结果，ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料比ZnSnO3具有更好的气体传感性能。此外，样品ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25的复合材料显示了最快的气体响应时间和最短的恢复时间。
为了证明在探测范围内ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的气敏性能得到增强，ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25的动态响应-恢复曲线如图（7a）和图（7b）所示：ZnSnO3工作温度为300°C，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25工作温度为200°C，丙酮的检测浓度从15 ppm增加到45ppm，ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25对丙酮的气体响应分别为4.1和31.1（15 ppm），6.9和38.9（20 ppm），8.1和50（25 ppm），9.3和61.2（30 ppm），10.8和72.1（ 35 ppm），11.9和81.2（40 ppm），13.1和96.9（45 ppm）。可以发现，两种材料的响应值都随着丙酮浓度的增加而显着增加，但ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25比ZnSnO3的灵敏度高近7倍。
为了研究气体响应与丙酮浓度之间的关系，在图（7c）中绘制了ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25气体传感材料对15～45 ppm丙酮的线性拟合，可以看出，在低丙酮浓度下，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的气体响应呈线性趋势迅速增加，表明ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料对低浓度丙酮的检测具有出色的气敏性能。此外，线性关系可以由y＝2.714x-3.5714的函数描述，相关系数R2为0.9942＞ 0.97621（ZnSnO3）。计算得出。丙酮的检出限（LOD）为83.49 ppb，表明ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25适用于低浓度丙酮的检测。
图（7d）为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料在最佳温度下对30 ppm氨、三乙胺、丙酮、甲苯和苯的气体响应。值得注意的是，与ZnSnO3相比，ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料对每种目标气体均显示出更高的气体响应。此外，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25对丙酮的检测具有最佳的选择性。
图（7e）为ZnSnO3和ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25气体传感材料对30 ppm丙酮的循环响应和恢复曲线。 ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料在200°C的气体进出7个循环后，其响应几乎保持恒定，这表明ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的重复性极好。
图（7f）为实施例制备的四种气体传感材料在最佳温度下对30 ppm丙酮的长期稳定性测量。响应值在30天内略有变化，这表明ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25复合材料的气体传感器器件具有可靠的长期稳定性。
在最佳工作温度下，通过增加气体传感材料所暴露的测试环境的RH％值，来研究RH％变化对丙酮的传感响应的影响。如图（8a）所示，在30％至70％的较宽RH％范围内，ZnSnO3传感器对30 ppm丙酮的响应受到轻微影响。但在图（8b）中，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25传感器对30 ppm丙酮的响应在30％至70％的宽RH％范围内几乎不变，这表明ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25传感器具有良好的抗干扰性。研究表明，在潮湿条件下，水蒸气与吸附的氧离子之间存在相互作用，从而导致传感材料上的耗尽层减少，从而导致金属层损失，从而降低了传感材料电阻。另外，在较高的相对湿度下，丙酮分子与水蒸气竞争吸附在传感材料表面的氧离子，从而导致在潮湿条件下对丙酮的响应降低。
本发明通过二步水热反应制备了ZnFe2O4/ZnSnO3复合材料。通过XRD，SEM，TEM，BET，XPS对它们的结构，形态和元素组成进行了表征。实验结果表明：与纯ZnSnO3相比，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25传感器对30 ppm丙酮气体具有更高的灵敏度（63.3），更低的工作温度（200℃）和更快的响应恢复时间（9/16 s），低ppb级检测限（83.49 ppb）。此外，ZnFe2O4/ZnSnO3-0.25气体传感材料在所有传感材料中表现出良好的选择性，优质的重现性和长期稳定性。所以二步水热法合成的ZnFe2O4 / ZnSnO3-0.25复合材料可用作气体传感器检测丙酮的候选材料。

Claims (5)

1.一种铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料，其特征是：铁酸锌复合在锡酸锌立方体晶格上，铁酸锌与锡酸锌的摩尔数之比为（0.1~1）∶1。
2.根据权利要求1所述的铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料，其特征是：铁酸锌与锡酸锌的摩尔数之比为0.25∶1。
3.一种制备权利要求1所述铁酸锌复合锡酸锌的气体传感材料的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、将乙酸锌，氯化铁的摩尔数比为1∶2加入到无水乙醇中，磁力搅拌30分钟以上，直到乙酸锌完全溶解到溶液中，
步骤2、将乙二醇溶液缓慢倒入上述溶液中，磁力搅拌30分钟以上；
步骤3、转入反应釜，加热温度为120~180℃，保温10~24h；反应结束后，冷却到室温；
步骤4、将所得产物进行固液分离、烘干、研磨得到铁酸锌粉末；
步骤5、将铁酸锌、乙酸锌、五水四氯化锡、氟化钠的摩尔数比为（0.1~1）∶1∶1∶2加入到去离子水中，磁力搅拌至少20分钟，直到乙酸锌完全溶解到溶液中，
步骤6、将氢氧化钾溶液缓慢倒入上述溶液中，磁力搅拌30分钟以上；
步骤7、转入反应釜，加热温度为120~160℃，保温10-24h；反应结束后，冷却到室温；
步骤8、将所得产物进行固液分离、烘干、研磨、焙烧，得到铁酸锌复合锡酸锌粉末。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是，在步骤8中，所述焙烧是在550℃下焙烧至少1小时。
5.一种权利要求1或2所述的铁酸锌复合锡酸锌气体传感材料用于检测丙酮浓度。
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