四氧化三鈷—生物模板復(fù)合材料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000? ]本發(fā)明屬于新型納米材料領(lǐng)域，具體來說涉及一種C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料及其 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] C〇304作為一維納米材料體系中的一員，是一種非常重要的多功能寬帶隙P型半導(dǎo) 體，由于其具有較大的比表面積，并且具有高的表面載流子傳輸速率，因此這一新型納米結(jié) 構(gòu)在氣敏傳感器的應(yīng)用上具有巨大的潛能。但單一的C 〇304材料的形貌、維數(shù)、比表面積和空 隙結(jié)構(gòu)均容易影響該C〇3〇4材料的氣敏性能。具體體現(xiàn)在如下方面:首先，由于C 〇304形貌的 不同會造成其暴露的晶面不同，不同的晶面會影響樣品氣敏性能的好壞。其次，控制C 〇304的 維數(shù)也可以改變氣敏性能，這是因?yàn)椴煌S度的樣品，其比表面積會有所改變。最后，樣品 的多孔結(jié)構(gòu)可以改變氣體分子的傳輸速度，進(jìn)而改變氣體分子與c 〇304的結(jié)合率。綜上所述， 由于能夠影響C〇3〇4材料的因素較多，進(jìn)而限制了其在氣敏性能方面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種C〇304-生物模板復(fù)合材料及其應(yīng) 用，在本發(fā)明中，蝴蝶翅膀?yàn)镃 〇3〇4顆粒提供一種三維碳骨架模板，C〇304顆粒以蝴蝶翅膀作 為生物模板，誘導(dǎo)生成C〇3〇4-C納米結(jié)構(gòu)。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0005] -種C〇304-生物模板復(fù)合材料，包括:燒結(jié)后形成三維碳骨架的蝴蝶翅膀和均勻 負(fù)載在該三維碳骨架上的c 〇304顆粒，其中，所述C〇304顆粒由徑向分布的C 〇304納米線組成。
[0006] 在上述技術(shù)方案中，所述C03O4納米線的長度為400-600納米。
[0007] 在上述技術(shù)方案中，所述Co3〇4納米線的長度優(yōu)選為500-580納米。
[0008] 上述C03O4-生物模板復(fù)合材料按照下述步驟予以制備：
[0009] 步驟1，在30-40質(zhì)量份的去離子水中加入C〇(N03)2 · 6H2〇、C4H4KNa〇6 · 4H2〇、 H2N⑶NH2和NH4F并均勻分散，得到前驅(qū)體混合溶液，其中，按物質(zhì)的量計(jì)，Co (N〇3)2 · 6H20、 C4H4KNa06 · 4H2〇、H2NCONH2和NH4F的比為（0 · 2-0 · 5): (0 · 2-0 · 3): (2-3): 1;將蝴蝶翅膀放入 所述前驅(qū)體混合溶液中，在100-130°C水熱反應(yīng)4-6小時(shí)；
[0010] 在所述步驟1中，當(dāng)物質(zhì)的量的用量單位為mmol時(shí)，一質(zhì)量份的用量單位為g;當(dāng)物 質(zhì)的量的用量單位為mol時(shí)，一質(zhì)量份的用量單位為Kg。
[0011]在所述步驟 1 中，按物質(zhì)的量計(jì)，C〇(N03)2 · 6H2〇、C4H4KNa06 · 4H2〇、H2NCONH2和NH4F 的比優(yōu)選為(0.23-0.5):(0.25-0.3):(2.5-2.8):1
[0012] 在所述步驟1中，將蝴蝶翅膀放入所述前驅(qū)體混合溶液前，將蝴蝶翅膀放入無水乙 醇中進(jìn)行浸泡，浸泡20_60min后，用去離子水沖洗2-10次。
[0013] 在所述步驟1中，選用攪拌或者超聲進(jìn)行均勻分散。
[0014] 在所述步驟1中，在去離子水中加入C〇(N03)2 · 6H2〇、C4H4KNa〇6 · 4H2〇、H2NCONH2和 NH4F，磁力攪拌20-60min至均勻分散，得到前驅(qū)體混合溶液。
[0015] 步驟2,水熱反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水清洗掉殘留在蝴蝶翅膀上的固體，清洗后將 蝴蝶翅膀從室溫20_25°C升溫至200-450°C，并于200-450°C燒結(jié)2-4小時(shí)，自然冷卻至室溫， 得到C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料。
[0016] 在所述步驟2中，優(yōu)選的將蝴蝶翅膀在350-450°C燒結(jié)2-4小時(shí)。
[0017] 在所述步驟2中，升溫速度為5_10°C/min。
[0018] 一種上述C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料在檢測甲醇中的應(yīng)用，檢測甲醇?xì)怏w的濃度低 至50ppm，響應(yīng)時(shí)間為36-90s，恢復(fù)時(shí)間為39-92s。
[0019]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料（Co3〇4-C納米結(jié)構(gòu)）增加了 C〇3〇4材料的比表面積，改變了 C〇3〇4材料的維數(shù)，其制備方法實(shí)施費(fèi)用低、操作簡便，耗時(shí) 短，高效經(jīng)濟(jì)。在檢測甲醇時(shí)，本發(fā)明的C 〇3〇4-生物模板復(fù)合材料提高了氣體分子和C〇3〇4 納米結(jié)構(gòu)的結(jié)合率，降低了C〇3〇4材料的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間，提高了靈敏度、穩(wěn)定性，靈敏 度、選擇性和響應(yīng)精度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的SEM圖，標(biāo)尺為2微米；
[0021 ]圖2為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的SEM圖，標(biāo)尺為400納米；
[0022] 圖3為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的TEM圖，標(biāo)尺為100納米；
[0023] 圖4為圖3局部的高倍圖，標(biāo)尺為5納米；
[0024] 圖5為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的TEM圖；
[0025] 圖6為本發(fā)明C〇304-生物模板復(fù)合材料的衍射環(huán)；
[0026]圖7為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的STEM-EDS圖譜；
[0027]圖8為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的XRD;
[0028]圖9為氣體響應(yīng)檢測平臺示意圖；
[0029] 圖10為本發(fā)明C〇304-生物模板復(fù)合材料的氣敏性能圖；
[0030] 圖11為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的氣敏性能圖；
[0031] 圖12為本發(fā)明C〇304-生物模板復(fù)合材料的氣敏性能圖；
[0032] 圖13為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的氣敏性能及其響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間；
[0033] 圖14為本發(fā)明C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料的響應(yīng)恢復(fù)曲線圖；
[0034] 圖15為本發(fā)明C〇304-生物模板復(fù)合材料在不同濃度的甲醇?xì)夥障碌捻憫?yīng)恢復(fù)曲 線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明所用原料均采用市售化學(xué)純試劑，其中，Co(N03)2 · 6H20購買自上海弘順生 物科技有限公司，C4H4KNa06 · 4H20購買自湖北巨勝科技有限公司，H2N⑶NH2購買自（含量 99%)Sigma-Aldrich西格瑪奧德里奇(上海）貿(mào)易有限公司，NH4F購買自鄭州派尼化學(xué)試劑 廠。
[0036] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，SEM所用儀器的型號為Hatchi S_4800，Japan;TEM所用儀器 的型號為JEM-2100F，Japan。XRD測試所用的儀器型號為RIGAKU/DMAX。
[0037] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，一質(zhì)量份為lg。
[0038] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明C〇304-生物模板復(fù)合材料及其應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說 明。
[0039] 實(shí)施例1
[0040] -種C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料，按照下述步驟予以制備：
[0041] 步驟1，在燒杯中加入35質(zhì)量份的去離子水，在去離子水中加入2.41mmolCo (N〇3)2 · 6H2〇、1.42mmolC4H4KNa06 · 4H2〇、12.5mmolH2NCONH2和4.86mmolNH4F，磁力攪拌 30min至均勻分散，得到前驅(qū)體混合溶液，將蝴蝶翅膀放入50ml無水乙醇中進(jìn)行浸泡，浸泡 30min后，用去離子水沖洗8次，沖洗后將蝴蝶翅膀放入上述前驅(qū)體混合溶液中，將蝴蝶翅膀 和前驅(qū)體混合溶液一同放入反應(yīng)釜中，在120°C水熱反應(yīng)5小時(shí)；
[0042] 步驟2,水熱反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水沖洗掉殘留在蝴蝶翅膀上的粉紅色固體，沖 洗后將蝴蝶翅膀放入瓷方舟中，在馬沸爐中從室溫20_25°C以5°C/min的速度升溫至350°C， 并于350°C燒結(jié)3.5小時(shí)，自然冷卻至室溫，得到Co 3〇4-生物模板復(fù)合材料。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] -種C〇3〇4-生物模板復(fù)合材料，按照下述步驟予以制備：
[0045] 步驟1，在燒杯中加入35質(zhì)量份的去離子水，在去離子水中加入2.41mmolCo (N〇3)2 · 6H2〇、1.42mmolC4H4KNa06 · 4H2〇、12.5mmolH2NCONH2和4.86mmolNH4F，磁力攪拌 30min至均勻分散，得到前驅(qū)體混合溶液，將蝴蝶翅膀放入50ml無水乙醇中進(jìn)行浸泡，浸泡 30min后，用去離子水沖洗8次，沖洗后將蝴蝶翅膀放入上述前驅(qū)體混合溶液中，將蝴蝶翅膀 和前驅(qū)體混合溶液一同放入反應(yīng)釜中，在120°C水熱反應(yīng)5小