一種石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯?鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料及其制備方法，其制備方法如下：先以石墨烯、硝酸鉍、乙二醇為原料溶劑熱反應(yīng)合成石墨烯?乙二醇鉍復(fù)合物，再將石墨烯?乙二醇鉍復(fù)合物超聲波震蕩均勻分散在鉬酸鈉水溶液中，然后水熱反應(yīng)得到石墨烯?鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。本發(fā)明制備石墨烯?鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料方法簡單，反應(yīng)條件溫和、能耗小，所得材料為納米級(jí)復(fù)合材料，具有很高的氣敏性能，可用作乙醇、丙醇、丁醇等醇類氣敏材料。
【專利說明】
一種石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨稀-鉬酸祕(mì)鈉納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]納米鉬酸鉍鈉(NaBi(MoO4)2)是一種具有多種優(yōu)異性質(zhì)和重要應(yīng)用的納米半導(dǎo)體新材料。其能帶寬度3.leV，化學(xué)穩(wěn)定性較好，導(dǎo)電率較低。納米鉬酸鉍鈉目前主要用作光催材料，熒光材料和氣敏傳感器敏感材料。由于鉬酸鉍鈉材料自身的導(dǎo)電率低，以其為敏感材料制作的氣敏元件電阻大，測(cè)定誤差大，降低材料電阻對(duì)改進(jìn)其傳感器性能的具有重要作用。鉬酸祕(mì)鈉氣敏材料與傳統(tǒng)的Sn02，ZnO等二元金屬氧化物不同，其氣敏特性源自于納米晶表面晶格氧，而非表面吸附氧，因而具有顯著的氣敏選擇性，它只對(duì)能在晶格表面有效吸附并發(fā)生催化反應(yīng)的氣體分子才產(chǎn)生氣敏響應(yīng)，因此新型鉬酸鉍鈉納米材料具有很好的選擇性氣敏，它通常對(duì)醇類分子，如乙醇，丙醇、丁醇具有較好的氣敏特性，而對(duì)丙酮不敏感，可用于農(nóng)作物發(fā)酵過程中乙醇的專項(xiàng)檢測(cè)。
[0003]采用摻雜復(fù)合的方法改善材料的導(dǎo)電性，是氣敏材料性能提高的主要方法之一。石墨烯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)電率高，片狀結(jié)構(gòu)與鉬酸鉍鈉納米晶片相似，可以其摻雜鉬酸鉍鈉制備石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料獲得高性能的氣敏材料。目前納米鉬酸鉍鈉材料的研究剛剛興趣，其制備方法主要是水熱法，水熱法具有反應(yīng)條件溫和，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，利用水熱法也可以制備納米復(fù)合材料。因此開發(fā)一種制備方法簡單，導(dǎo)電率較好的納米復(fù)合材料代替高電阻的納米鉬酸鉍鈉材料用作醇類選擇性氣敏材料具有明顯的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種簡單的石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料及其制備方法，為新型選擇性氣敏半導(dǎo)體材料的發(fā)展提供一種電學(xué)性能更優(yōu)異的材料。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種石墨烯-鉬酸鉍鈉復(fù)合材料的制備方法，以石墨烯、硝酸鉍、乙二醇為原料溶劑熱反應(yīng)合成石墨烯-乙二醇鉍復(fù)合物，再將石墨烯-乙二醇鉍復(fù)合物均勻分散在鉬酸鈉水溶液中，然后加入濃硝酸或濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值，最后混合物一起水熱反應(yīng)得到石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。
[0006]按上述方案，所述石墨烯質(zhì)量為硝酸鉍質(zhì)量的0.2-5%。
[0007]按上述方案，所述硝酸鉍在乙二醇中的濃度為10-100g/L。
[0008]按上述方案，所述溶劑熱反應(yīng)條件為:加熱至150_180°C保溫反應(yīng)2-24小時(shí)。
[0009]按上述方案，所述石墨烯-乙二醇鉍復(fù)合物與鉬酸鈉的質(zhì)量比為1:(1.5-1.7)。
[0010]按上述方案，所述鉬酸鈉水溶液的濃度為20-100g/L。
[0011]按上述方案，所述水熱反應(yīng)條件為:加熱至150-200°C保溫反應(yīng)1-24小時(shí)。
[0012]按上述方案，調(diào)節(jié)pH值為0-2。
[0013]上述任意制備方法所得的石墨烯-鉬酸鉍鈉復(fù)合材料。
[0014]所述的石墨烯-鉬酸鉍鈉復(fù)合材料作為氣敏材料的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明以石墨烯、硝酸鉍、乙二醇和鉬酸鈉為主要原料，采用溶劑熱和水熱反應(yīng)制備石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料，涉及的制備工藝設(shè)備簡單、溫度低、能耗小，工藝簡單，所得納米復(fù)合材料產(chǎn)品導(dǎo)電率比相應(yīng)的單一鉬酸鉍鈉材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)，以其制作的氣敏元件電阻變化易于檢測(cè)，傳感器電路設(shè)計(jì)簡單，通用性好。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0017]以下實(shí)施例如無具體說明，采用的試劑為市售化學(xué)試劑或工業(yè)產(chǎn)品。
[0018]實(shí)施例1
[0019]—種石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0020]I)將10g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入0.2g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩(wěn)定懸濁液，將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為2L的高壓釜中，加熱至150 °C并保溫24小時(shí);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在80 0C下干燥12小時(shí)，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0021]2)取75g鉬酸鈉溶于750ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末50g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值至0-2之間，然后將所得混合液轉(zhuǎn)移至容積為100mL的高壓釜中，升溫至200°C保溫I小時(shí)，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌2次，再在100°C下干燥12小時(shí)，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。
[0022]將所得的石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料用無水乙醇調(diào)制成糊狀，然后將其均勻涂覆到陶瓷管電極表面，自然風(fēng)干后，向陶瓷管中穿入N1-Cr加熱絲，并焊接到膠木基座上，即可制得旁熱式氣敏元件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，所采用的測(cè)試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為250°C時(shí)，該氣敏元件空氣中電阻為0.1-5兆歐，對(duì)濃度為1ppm的乙醇的靈敏度高達(dá)5，對(duì)10ppm的乙醇的靈敏度達(dá)40，I氣敏響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間均小于30s，即該氣敏材料對(duì)乙醇表現(xiàn)出非常好的氣敏性能。
[0023]實(shí)施例2
[0024]—種石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0025]I)將50g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入2.5g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩(wěn)定懸濁液，將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為2L的高壓釜中，加熱至180 °C并保溫2小時(shí);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在80 0C下干燥6小時(shí)，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0026]2)取17g鉬酸鈉溶于200ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末1g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值至0-2之間，然后將所得混合液轉(zhuǎn)移至容積為300ml的高壓釜中，升溫至150°C保溫24小時(shí)，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌5次，再在110°C下干燥4小時(shí)，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。
[0027]將所得的石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料用無水乙醇調(diào)制成糊狀，然后將其均勻涂覆到陶瓷管電極表面，自然風(fēng)干后，向陶瓷管中穿入N1-Cr加熱絲，并焊接到膠木基座上，即可制得旁熱式氣敏元件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，所采用的測(cè)試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為250°C時(shí)，該氣敏元件空氣中電阻為0.1-5兆歐，對(duì)濃度為1ppm的乙醇的靈敏度高達(dá)5，對(duì)10ppm的乙醇的靈敏度達(dá)45，I氣敏響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間均小于30s，即該氣敏材料對(duì)乙醇表現(xiàn)出非常好的氣敏性能。
[0028]實(shí)施例3
[0029]—種石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0030]I)將1g硝酸鉍溶于IL乙二醇中，然后加入0.2g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩(wěn)定懸濁液，將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為2L的高壓釜中，加熱至170 °C并保溫6小時(shí);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在80 0C下干燥6小時(shí)，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0031]2)取Sg鉬酸鈉400ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末5g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0-2之間，然后將所得混合液轉(zhuǎn)移至容積為500ml的高壓釜中，升溫至180°C保溫4小時(shí)，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌3次，再在110°C下干燥4小時(shí)，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。
[0032]將所得的石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料用無水乙醇調(diào)制成糊狀，然后將其均勻涂覆到陶瓷管電極表面，自然風(fēng)干后，向陶瓷管中穿入N1-Cr加熱絲，并焊接到膠木基座上，即可制得旁熱式氣敏元件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，所采用的測(cè)試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為250°C時(shí)，該氣敏元件空氣中電阻為0.1-5兆歐，對(duì)濃度為1ppm的乙醇的靈敏度達(dá)到6，對(duì)10ppm的乙醇的靈敏度達(dá)40，I氣敏響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間均小于30s，即該氣敏材料對(duì)乙醇表現(xiàn)出非常好的氣敏性能。
[0033]實(shí)施例4
[0034]—種石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0035]I)將1g硝酸鉍溶于200ml乙二醇中，然后加入0.1g石墨烯粉攪拌混合均勻，得到穩(wěn)定懸濁液，將此溶液轉(zhuǎn)移到容積為300mL的高壓釜中，加熱至170 °C并保溫6小時(shí);待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾并用乙醇洗滌3次，然后在80 0C下干燥6小時(shí)，得石墨烯-乙二醇鉍粉體；
[0036]2)取8.5g鉬酸鈉溶于10ml去離子水中，再將I)中制備石墨烯-乙二醇鉍粉末5g加入上述鉬酸鈉水溶液中，超聲波震蕩攪拌使其分散均勻，用濃硝酸和濃鹽酸調(diào)節(jié)溶液PH值至0-2之間，然后將所得混合液轉(zhuǎn)移至容積為200ml的高壓釜中，升溫至180°C保溫4小時(shí)，待反應(yīng)釜冷卻至室溫，過濾后用去離子水和乙醇洗滌3次，再在110°C下干燥4小時(shí)，得石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。
[0037]將所得的石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料用無水乙醇調(diào)制成糊狀，然后將其均勻涂覆到陶瓷管電極表面，自然風(fēng)干后，向陶瓷管中穿入N1-Cr加熱絲，并焊接到膠木基座上，即可制得旁熱式氣敏元件。將制備的氣敏器件運(yùn)用鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的氣敏元件測(cè)試系統(tǒng)WS-30A儀器進(jìn)行氣敏性能測(cè)試，所采用的測(cè)試方法為靜態(tài)配氣法。當(dāng)工作溫度為250°C時(shí)，該氣敏元件空氣中電阻為0.1-5兆歐，對(duì)濃度為1ppm的乙醇的靈敏度高達(dá)8，對(duì)10ppm的乙醇的靈敏度達(dá)50，I氣敏響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間均小于30s，即該氣敏材料對(duì)乙醇表現(xiàn)出非常好的氣敏性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯-鉬酸鉍鈉復(fù)合材料的制備方法，以石墨烯、硝酸鉍、乙二醇為原料溶劑熱反應(yīng)合成石墨烯-乙二醇鉍復(fù)合物，再將石墨烯-乙二醇鉍復(fù)合物均勻分散在鉬酸鈉水溶液中，然后加入濃硝酸或濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值，最后混合物一起水熱反應(yīng)得到石墨烯-鉬酸鉍鈉納米復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯質(zhì)量為硝酸鉍質(zhì)量的0.2-3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硝酸鉍在乙二醇中的濃度為10-100g/Lo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑熱反應(yīng)條件為:加熱至150-180 °C保溫反應(yīng)2-24小時(shí)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯-乙二醇鉍復(fù)合物與鉬酸鈉的質(zhì)量比為1:(1.5-1.7)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鉬酸鈉水溶液的濃度為20-100g/L07.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)條件為:加熱至150-200°(:保溫反應(yīng)1_24小時(shí)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，調(diào)節(jié)pH值為0-2。9.權(quán)利要求1-8任意制備方法所得的石墨烯-鉬酸鉍鈉復(fù)合材料。10.權(quán)利要求9所述的石墨烯-鉬酸鉍鈉復(fù)合材料作為氣敏材料的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C01G39/00GK105967235SQ201610268310
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】郭雅妮, 丁齊齊
【申請(qǐng)人】武漢工程大學(xué)