CN107619065A - 一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，按一定比例取SnO2纳米材料与还原剂，置于烧杯中，加入一定量的去离子水，超声20～30 min分散，搅拌8～10 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，在惰性气氛中将粉末加热至350～500 ℃，保持规定时间，得到SnO2气敏材料。该方法将SnO2纳米材料与还原剂预混，然后在惰性气体氛围下热处理，通过还原热处理可以调控SnO2纳米材料的缺陷空位，以改善SnO2的载流子浓度及载流子传输速率，本发明的优点在于制备工艺简单，制备成本低，且性能稳定，本发明制备得到的SnO2可在气敏材料、染料敏化太阳电池光阳极、光催化等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及气敏传感器技术领域，具体是指一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法。
背景技术
金属氧化物如SnO2、WO3等由于具有性能优异、环境友善、资源丰富、价格低廉等优点，是研究较为广泛的气敏材料。尤其SnO2作为表面型气敏材料，在气敏传感器领域具有非常广阔的应用前景。
决定半导体气敏材料灵敏度的关键因素包括：比表面积，通过化学法构建纳米材料，使材料具有较大的比表面积可以增加材料与目标气体的接触，进而提升材料的灵敏度；空位/缺陷调控，通过控制体系氧空位，可以提升目标气体与敏感材料的反应活性，可以提升材料的灵敏度；电学性能调控，可以提升载流子的传输速度，进而提高灵敏度。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法。通过一种简单的调控SnO2电学性能的方法，可大幅提高SnO2纳米材料的气敏性能。
一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
按SnO2与还原剂的摩尔比为1:2～2:1取SnO2纳米材料和还原剂，置于烧杯中，加入一定量的去离子水，超声20～30 min分散，搅拌8～10 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，在惰性气氛中将粉末加热至350～500 ℃，保温时间为2～6小时，得到SnO2气敏材料。
本发明制备工艺简单，制备的成本低，对进一步推进半导体气敏器件的发展具有实际应用价值，并且SnO2电学性能改善后可在太阳电池光阳极、光催化等领域更具使用价值。
所述的还原剂为碳，硼氢化钠，硼氢化钾中的一种或任意组合。
所述的SnO2纳米材料包括纳米片，纳米棒，纳米管，纳米带，自组装的花中的一种或任意组合。
所述的惰性气体氛围为氩气或者氮气氛围。
一种简单可行的改善SnO2纳米材料电学性能的方法，该方法利用通过将SnO2与还原剂预混，然后在惰性气体氛围下热处理，修饰SnO2的空位并调控其载流子浓度及传输速率，测试结果表明该方法可以提升SnO2纳米材料的灵敏度。
本发明的优点在于：制备工艺简单，制备成本低，且性能稳定，本发明制备得到的SnO2可在气敏材料、染料敏化太阳电池光阳极、光催化等领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，它包括如下步骤：
按SnO2与还原剂的摩尔比为1:2～2:1取SnO2纳米材料和还原剂，置于烧杯中，加入一定量的去离子水，超声20～30 min分散，搅拌8～10 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，在惰性气氛中将粉末加热至350～500 ℃，保温时间为2～6小时，得到SnO2气敏材料。
实施例1
以商业SnO2纳米材料为原料，碳粉为还原剂，将4 g的SnO2与0.3 g碳粉置于烧杯中，加入20 mL的去离子水，超声20 min分散，搅拌8 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，预通氮气30 min，然后将粉末加热至400 ℃，保持3小时，热处理过程继续通氩气，得到SnO2气敏材料。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A 型气敏元件测试***测试不同浓度下对甲醇气体的响应，工作温度为200 ℃，对20 ppm的甲醇气体灵敏度达到为25.3，未处理的SnO2纳米材料对甲醇气体灵敏度为8.2。
实施例2
以商业SnO2纳米材料为原料，碳粉为还原剂，将4 g的SnO2与0.6 g碳粉置于烧杯中，加入20 mL的去离子水，超声20 min分散，搅拌8 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，预通氮气30 min，然后将粉末加热至350 ℃，保持2.5小时，热处理过程继续通氩气，得到SnO2气敏材料。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A 型气敏元件测试***测试不同浓度下对甲醇气体的响应，工作温度为200 ℃，对20 ppm的甲醇气体灵敏度达到为27.6。
实施例3
以水热法制备的SnO2纳米片自组装微球为原料，硼氢化钠为还原剂，将4 g的SnO2原料与0.5 g的硼氢化钠置于烧杯中，加入20 mL的去离子水，超声20 min，搅拌8 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，预通氩气30 min，将粉末加热至500 ℃，保持2小时，热处理过程继续通氩气，得到SnO2气敏材料。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A 型气敏元件测试***测试不同浓度下对甲醇气体的响应，工作温度为200 ℃，对20 ppm的甲醇气体灵敏度达到为26.1，未处理样品对20 ppm甲醇气体的灵敏度为9.6。
实施例4
以水热法制备的SnO2纳米片自组装微球为原料，硼氢化钾为还原剂，将4 g的SnO2原料与1.5 g的硼氢化钾置于烧杯中，加入20 mL的去离子水，超声20 min，搅拌8 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，预通氩气30 min，将粉末加热至350 ℃，保持6小时，热处理过程继续通氩气，得到SnO2气敏材料。
本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A 型气敏元件测试***测试不同浓度下对甲醇气体的响应，工作温度为200 ℃，对20 ppm的甲醇气体灵敏度达到为29.2。
Claims (4)
1.一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
按SnO2与还原剂的摩尔比为1:2～2:1取SnO2纳米材料和还原剂，置于烧杯中，加入去离子水，超声20～30 min分散，搅拌8～10 h；干燥，将所得粉末研磨后置于管式炉中，在惰性气氛中将粉末加热至350～500 ℃，保温时间为2～6小时，得到SnO2气敏材料。
2.根据权利要求1所述的一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，其特征在于：所述的还原剂为碳，硼氢化钠，硼氢化钾中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，其特征在于：所述的SnO2纳米材料包括纳米片，纳米棒，纳米管，纳米带，自组装的花中的一种或任意组合。
4.根据权利要求1所述的一种改善SnO2纳米材料气敏性能的方法，其特征在于：所述的惰性气体氛围为氩气或者氮气氛围。
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