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      一種蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的合成方法與流程

      文檔序號(hào):12910725閱讀:677來源:國知局
      一種蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的合成方法與流程
      本發(fā)明屬于無機(jī)先進(jìn)材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種具有蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的合成方法。技術(shù)背景室內(nèi)污染物中,甲醛已成為中國最重要的室內(nèi)污染物之一,甲醛在濃度高于幾個(gè)ppm時(shí)可造成呼吸系統(tǒng)的損失,同時(shí)甲醛還是一種致癌物質(zhì),建立快速、可靠、準(zhǔn)確的方法對(duì)控制污染物與身體健康至關(guān)重要。常用的檢測方法有分光光度法、色譜法、電化學(xué)檢測法等,但前兩種方法涉及的樣品的前處理方法復(fù)雜,成本比較高,因而不能普及到日常生活中。市面上用的甲醛檢測試劑盒一般采用的是電化學(xué)檢測方法,其中,半導(dǎo)體甲醛氣敏傳感器制作簡單,成本低,使用方便而易于交換,可以將甲醛氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),在檢測氣體濃度方面具有的優(yōu)勢。半導(dǎo)體材料有多電子的N型半導(dǎo)體和多空穴的P型半導(dǎo)體兩種,甲醛是還原性氣體。對(duì)于N型半導(dǎo)體,空氣中的氧氣吸附在半導(dǎo)體表面,從導(dǎo)帶捕獲電子形成O2-、O-、O2-,使得半導(dǎo)體表面的電子云密度降低,電阻升高;當(dāng)加入甲醛時(shí),原來吸附的氧脫附,而由還原性氣體以正離子狀態(tài)吸附在半導(dǎo)體表面;氧脫附放出電子,還原性氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子,從而使氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度增加,電阻值下降。甲醛氣體不存在了,半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)氧的負(fù)離子吸附,使電阻值升高到初始狀態(tài)。P型半導(dǎo)體的電阻變化與N型相反。半導(dǎo)體材料表面吸附甲醛后導(dǎo)致電阻變化,我們通過測量電路測定半導(dǎo)體材料的阻值變化引發(fā)的電路中電壓和電流的變化來衡量甲醛氣體的各項(xiàng)指標(biāo),這便是甲醛氣敏傳感器的敏感機(jī)理。作為N型半導(dǎo)體,SnO2已廣泛應(yīng)用氣敏材料,隨著研究的深入與近年來納米技術(shù)的迅速發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)納米TiO2氣敏材料具有工作溫度低、性能好、制備簡單等優(yōu)點(diǎn),因此逐漸成為人們關(guān)注的另一個(gè)熱點(diǎn)。發(fā)明專利授權(quán)公告號(hào)為CN100402467C公開了一種SnO2/TiO2納米復(fù)合材料,該發(fā)明采用溶膠-凝膠法制備SnO2/TiO2復(fù)合前驅(qū)體,研磨后高溫焙燒得到各種摩爾比例的納米復(fù)合材料。一方面提高系統(tǒng)的電荷分離效果,另一方面,提高敏感材料的靈敏度,改變材料的阻抗。該方法的缺點(diǎn)是步驟復(fù)雜,程序繁瑣。

      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
      針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足,本發(fā)明的目的是提出一種具有蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的合成方法,以鈦酸酯、SnCl2·2H2O為前驅(qū)物,糠醇為結(jié)構(gòu)模板,在高溫灼燒條件下合成,具體合成過程如下:步驟一,混合鈦酸正丁酯與糠醇攪拌均勻后,加入SnCl2·2H2O乙醇溶液,得到前驅(qū)體;步驟二,將攪拌均勻的前驅(qū)體放入馬弗爐中,反應(yīng)數(shù)小時(shí)后,即得到蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型氣敏材料。進(jìn)一步的,配制SnCl2·2H2O成乙醇溶液,加SnCl2·2H2O乙醇溶液到已混合均勻鈦酸正丁酯與糠醇溶液中,其中,鈦酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O乙醇溶液體積比為1:6:1.7~1:6:15.7。進(jìn)一步的,所述馬弗爐升溫至90℃保持12小時(shí),升溫至400℃并保持3小時(shí),在500℃條件下灼燒12小時(shí)。進(jìn)一步的,所述馬弗爐升溫的速率為1℃/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于,1、本發(fā)明所述方法采用了一個(gè)灼燒反應(yīng)過程,具有安全性高、操作性強(qiáng)、易推廣的特點(diǎn),所獲材料具有較高的晶化程度。2、以本發(fā)明所述方法合成得到的具有蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合納米材料能夠直接制備成氣敏電極,以所獲得電極對(duì)空氣中的甲醛進(jìn)行檢測,檢出限可達(dá)0.1ppm。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的X射線衍射XRD圖;圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所述SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的掃描電子顯微鏡SEM圖;圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所述SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的X射線衍射XRD圖;圖4為本發(fā)明實(shí)施例2所述SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的掃描電子顯微鏡SEM圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的目的是提出一種具有蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型納米材料的合成方法,以鈦酸酯、SnCl2·2H2O為前驅(qū)物,糠醇為結(jié)構(gòu)模板,在高溫灼燒條件下合成,具體合成過程如下:步驟一,混合鈦酸正丁酯與糠醇攪拌均勻后,加入SnCl2·2H2O乙醇溶液,得到前驅(qū)體;步驟二,將攪拌均勻的前驅(qū)體放入馬弗爐中,反應(yīng)數(shù)小時(shí)后,即可得到蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合型氣敏材料。進(jìn)一步的,配制SnCl2·2H2O成乙醇溶液,加SnCl2·2H2O乙醇溶液到已混合均勻鈦酸正丁酯與糠醇溶液中,其中,鈦酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O乙醇溶液體積比為1:6:1.7~1:6:15.7。進(jìn)一步的,所述馬弗爐以1℃/min的升溫速率升溫至90℃保持12小時(shí),再以1℃/min的升溫速率升溫至400℃并保持3小時(shí),在500℃條件下灼燒12小時(shí)。實(shí)施例10.5mL鈦酸正丁酯與3mL糠醇在磁力攪拌器上攪拌0.5小時(shí),在取3.5mL濃度為0.4g/mLSnCl2·2H2O的乙醇溶液,攪拌0.5小時(shí),將所得的橙色溶液轉(zhuǎn)入坩堝中,置于馬弗爐中,先以1℃/min升溫速率升溫至90℃保持12小時(shí),然后,再在同一升溫速率下升溫至400℃并保持3小時(shí),最后在500℃條件下灼燒12小時(shí)。如圖1和圖2所示,所獲產(chǎn)物經(jīng)XRD,SEM等表征后,具有蜂窩狀形貌的SnO2/TiO2納米結(jié)構(gòu)材料,蜂窩直徑約為300nm。上述鈦酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O的質(zhì)量比為1:3.8:4。以本實(shí)施例合成得到的具有蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合納米材料可以直接合成成氣敏電極,以所獲得電極可以對(duì)空氣中的甲醛進(jìn)行檢測,檢出限可達(dá)0.1ppm實(shí)例20.5mL鈦酸正丁酯與3mL糠醇在磁力攪拌器上攪拌0.5小時(shí),再取7.875mL濃度為4g/mL的SnCl2·2H2O的乙醇溶液,攪拌0.5小時(shí),將所得的橙色溶液轉(zhuǎn)入坩堝中,置于馬弗爐中,先以1℃/min升溫速率升溫至90℃保持12小時(shí),然后,再在同一升溫速率下升溫至400℃并保持3小時(shí),最后在500℃條件下灼燒12小時(shí)。如圖3和圖4所示,所獲產(chǎn)物經(jīng)XRD,SEM等表征后,具有球形的SnO2/TiO2納米結(jié)構(gòu)材料,直徑約為200nm。上述鈦酸正丁酯、糠醇和SnCl2·2H2O的質(zhì)量比為1:3.8:9。以本實(shí)施例合成得到的具有蜂窩狀SnO2/TiO2復(fù)合納米材料可以直接合成成氣敏電極,以所獲得電極可以對(duì)空氣中的甲醛進(jìn)行檢測,檢出限可達(dá)10ppm。
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