CN102452687A - 一种多孔纳米α-Fe2O3中空球的制备方法及其低温酒敏性应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多孔纳米α-Fe₂O₃中空球的制备方法及其低温酒敏性应用。本发明的多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料，以廉价的Fe(NO₃)₃·9H₂O、H₂C₂O₄、CO(NH₂)₂和去离子水为起始原料，采用水热过程，经过干燥和焙烧等处理得到。所制备的多孔纳米α-Fe₂O₃中空球，α-Fe₂O₃粒子的平均粒径为30nm，中空球直径约为1μm左右，孔径分布集中在5-20nm，在10nm处出现较大几率值。公开了多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料的制备方法及低温酒敏性应用方法。本发明的有益效果在于：采用一锅式非模板法制备出α-Fe₂O₃中空球气敏材料，操作简单、成本低、环境污染小、能耗较低、可控性强；制备的多孔α-Fe₂O₃中空球材料，α-Fe₂O₃粒子为纳米尺度，形成的中空球球形大小均；制备的气敏材料对乙醇具有优良的气敏性能：灵敏度高，操作温度低，选择性好。具有良好的工业应用前景。

Description

一种多孔纳米α-Fe2O3中空球的制备方法及其低温酒敏性应用

技术领域

本发明涉及一种多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料的制备方法及其低温酒敏性应用。

背景技术

α-Fe₂O₃是一种典型的n型半导体，它的禁带宽度为2.2eV，具有很好的稳定性、磁性、气敏和催化性能，被广泛应用于颜料、记录材料、造影、催化和气敏材料中。其作为气敏材料在预报、检测有毒、有害气体方面有着独特的效果。用这种材料制成的气敏传感器由于具备结构简单、稳定性好、价格低和制作工艺少等优点被广泛研究。随着纳米科技的发展，纳米组装体系越来越受到人们的关注，现已经成为纳米材料研究的新热点。纳米α-Fe₂O₃作为气敏材料不仅性能优良，而且原料易得，所以一经发现就受到人们的青睐，得以迅速发展。但是传统的α-Fe₂O₃气敏材料在操作温度为400℃以上才具有较好的响应，从而限制了其实际使用。

因为多孔纳米中空球材料可以提供较大的表面积与体积比，能使扩散速度加快，提高气敏材料的气体扩散和质的传输能力，进而提高气敏性能，所以α-Fe₂O₃中空球气敏材料的开发必将具有广泛的应用前景。传统的制备中空球的方法通常要求使用模板，这就使得制备过程变得繁琐，模板的制备造成了成本的增加，同时在通过化学腐蚀或热处理祛除模板的过程中，还可能引起材料的污染。因此从科学研究和实际应用两个角度来考虑，选择简单、廉价非模板方式制备α-Fe₂O₃中空球材料具有重要的意义。

本发明提供了一种操作简单、成本低、环境污染小、能耗较低的非模板方式制备多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料的方法及其低温酒敏性应用。

发明内容

本发明的低温检测乙醇的多孔纳米α-Fe₂O₃中空球气敏材料，以廉价的Fe(NO₃)₃·9H₂O、H₂C₂O₄、CO(NH₂)₂和去离子水为起始原料，采用水热过程，经过干燥和焙烧处理。所得到的α-Fe₂O₃中空球材料中，α-Fe₂O₃粒子的平均粒径为30nm，中空球直径约为1μm左右，孔径分布集中在5-20nm，在10nm处出现较大几率值。

所述的纳米α-Fe₂O₃中空球气敏材料的制备方法，包括以下步骤：

将0.81g Fe(NO₃)₃·9H₂O、0.18gH₂C₂O₄和0.24gCO(NH₂)₂溶解于40ml去离子水中，经磁力搅拌30min混合均匀后，转移至60ml的水热釜中。将混合液在140℃恒温下反应12h后，取出冷却至室温，收集所得沉淀，经过洗涤、40℃真空干燥、300℃程序升温(2℃/min)焙烧后得到纳米α-Fe₂O₃中空球材料。

所述的气敏材料的应用方法是：

将气敏材料涂敷在有铂丝引线的氧化铝陶瓷管上，加以镍一铬热阻丝，并将其焊接在六脚管座的相应位置上，最后将防爆网固定在底座上成型，制得旁热式气敏元件。采用电压测试法进行气敏性能测试：回路电压为5V；负载电阻可调；测试温度为室温；环境湿度为60％；测试气体种类包括乙醇、正己烷、H₂S、CO和H₂；预热时间为72h。

本发明的有益效果在于：

1.采用一锅式非模板法制备出α-Fe₂O₃中空球气敏材料，操作简单、成本低、环境污染小、能耗较低，可控性强。

2.制备的多孔α-Fe₂O₃中空球材料，α-Fe₂O₃粒子为纳米尺度，形成的中空球球形大小均一。

3.制备的气敏材料对乙醇具有优良的气敏性能：灵敏度高，操作温度低，选择性好。具有良好的工业应用前景。

图面说明

图1是实施例中多孔α-Fe₂O₃中空球材料的SEM图

图2是实施例中多孔α-Fe₂O₃中空球材料的TEM图

图3是实施例中多孔α-Fe₂O₃中空球材料的N₂吸附-脱附等温线图

图4是实施例中多孔α-Fe₂O₃中空球材料的孔径分布曲线图

图5是实施例中多孔α-Fe₂O₃中空球材料在250℃操作温度下对不同浓度乙醇的响应-恢复曲线图

图6是实施例中多孔α-Fe₂O₃中空球材料在不同操作温度下对200ppm乙醇的响应-恢复曲线图

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的说明

实施例1：

将0.81gFe(NO₃)₃·9H₂O、0.18gH₂C₂O₄和0.24gCO(NH₂)₂溶解于40ml去离子水中，经磁力搅拌30min混合均匀后，转移至60ml的水热釜中。将混合液在140℃恒温下反应12h后，取出冷却至室温，收集所得沉淀，经过洗涤、40℃真空干燥、300℃程序升温(2℃/min)焙烧后得到纳米α-Fe₂O₃中空球材料。

实施例2：

对实施例1所制的α-Fe₂O₃中空球材料执行SEM实验，样品粘在样品台上，真空镀金后进行测试，使用日本日立公司的X-650型扫描电子显微镜，工作电压为25KV。SEM照片如图1所示。

实施例3：

对实施例1所制的α-Fe₂O₃中空球材料执行TEM实验，取已充分研细的少量α-Fe₂O₃中空球材料，于无水乙醇中超声波分散，用滴管取少量上述分散好的悬浮液滴于铜网上，干燥(～10min)，在Philips T20ST电子显微镜下进行测试，工作电压为200kV。TEM照片如图2所示。

实施例4：

将实施例1所制的α-Fe₂O₃中空球材料进行N₂吸附-脱附实验，采用Quantachrome NOVA2000e化学吸附仪对样品进行测定。称取～100mg待分析样品，在200℃对样品进行除气处理，用N₂做吸附质，记录液氮温度下(77K)N₂吸附后在室温时的脱附峰面积，N₂的相对分压取0.1、0.204、0.306，气体总流量为20ml/min。N₂吸附-脱附等温线和孔径分布曲线如图3、4所示。

实施例5：

将实施例1所制纳米α-Fe₂O₃中空球材料作为气敏材料，在下列气敏测试条件下：回路电压为5V，测试温度为250℃，环境湿度为60％，预热时间为72h，测试对不同浓度乙醇的气敏行为，响应-恢复曲线如图5所示。

实施例6：

将实施例1所制纳米α-Fe₂O₃中空球材料作为气敏材料，在下列气敏测试条件下：回路电压为5V，环境湿度为60％，预热时间为72h，测试不同操作温度下对200ppm乙醇的气敏行为，响应-恢复曲线如图6所示。

Claims (4)

1.一种多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料，其特征在于所述的中空球材料中，α-Fe₂O₃粒子的平均粒径为30nm，中空球直径约为1μm左右，孔径分布集中在5-20nm，在10nm处出现较大几率值。

2.按照权利要求1所述的多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料，其特征在于，将0.81gFe(NO₃)₃·9H₂O、0.18gH₂C₂O₄和0.24gCO(NH₂)₂溶解于40ml去离子水中，经磁力搅拌30min混合均匀后，转移至60ml的水热釜中。将混合液在140℃恒温下反应12h后，取出冷却至室温，收集所得沉淀，经过洗涤、40℃真空干燥、300℃程序升温(2℃/min)焙烧后得到纳米α-Fe₂O₃中空球材料。

3.按照权利要求1、2所述的多孔纳米α-Fe₂O₃中空球材料，其特征在于，将纳米α-Fe₂O₃中空球气敏材料涂敷在有铂丝引线的氧化铝陶瓷管上，加以镍-铬热阻丝，并将其焊接在六脚管座的相应位置上，最后将防爆网固定在底座上成型，制得旁热式气敏元件。

4.按照权利要求1、2所述的多孔纳米α-Fe₂0₃中空球材料，其特征在于，采用电压测试法进行气敏性能测试：回路电压为5V；负载电阻可调；测试温度为150～300℃；环境湿度为60％；测试气体种类包括乙醇、正己烷、H₂S、C0和H₂；预热时间为72h。

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