CN113135587A - 一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法 - Google Patents

一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113135587A
CN113135587A CN202010046709.0A CN202010046709A CN113135587A CN 113135587 A CN113135587 A CN 113135587A CN 202010046709 A CN202010046709 A CN 202010046709A CN 113135587 A CN113135587 A CN 113135587A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensing
gas
flower
sno
mmol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010046709.0A
Other languages
English (en)
Inventor
王琼
亓成
庞宗宇
燕朝阳
卢若云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Civil Aviation University of China
Original Assignee
Civil Aviation University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Civil Aviation University of China filed Critical Civil Aviation University of China
Priority to CN202010046709.0A priority Critical patent/CN113135587A/zh
Publication of CN113135587A publication Critical patent/CN113135587A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G19/00—Compounds of tin
    • C01G19/02—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/50—Agglomerated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer

Abstract

本发明公开了一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法，采用水热合成法，以柠檬酸三钠为添加剂，二氯化锡为锡盐，一步合成具有高分散性并且尺寸均一的花状SnO2纳米材料，解决了现有合成技术中成本高、合成步骤繁琐及后处理过程复杂等问题，使其可以广泛应用于气体传感领域，以廉价的柠檬酸三钠为诱导剂，一步合成尺寸均一、分散性好的花状结构SnO2纳米材料，使其可以广泛应用于各种环境中的危险化学气体检测。

Description

一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体为一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，环境污染问题日趋严重，有毒和污染性气体的排放量日益增多，已逐渐影响到人们的正常生活，这就使得必须对这些气体进行有效的检测和控制。目前，用于气体传感器的半导体金属氧化物气敏材料主要有：Fe2O3、ZnO、WO3、In2O3和SnO2等，作为一种宽带n-型半导体(Eg＝3.6ev,300K)，SnO2具有稳定性好、灵敏度高、成本低廉等优点，在半导体金属氧化物气体传感器中应用研究中最为广泛。
SnO2气敏材料的气敏性能好坏取决与二氧化锡纳米颗粒的尺寸大小、均匀性、稳定性和表面结构，因此，人们已经开始将注意力转向制备具有特殊结构(零维、一维、二维和三维)和形貌的微纳二氧化锡气敏材料上，更一步提高其灵敏度、气体选择性和缩短响应恢复时间。花状SnO2的表面积和晶体内部缺陷迅速增加，多层结构又可以使被测气体分子与SnO2充分接触，其有利于更多的被测气体进入和吸附SnO2气敏材料表面，从而提高其灵敏度和响应恢复时间。因此，花状SnO2气敏材料相对于其他维度的SnO2气敏材料，气敏性能有了很大程度的提升。目前人们通过化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热沉淀法及模板法，制备得到一系列不同结构形貌的微纳结构SnO2气敏材料，但上述方法存在一定的步骤繁琐、后处理过程复杂及成本高等缺点。水热合成法制备SnO2纳米材料，是在溶剂中一次完成晶粒的形成，不需要后期晶化热处理，有效避免了后期热处理而产生粉体硬团聚和混入杂质等缺点。因此，如何通过简易一步的廉价水热合成法合成三维花状结构SnO2纳米气敏材料，是众多研究人员挑战的难点之一，具有重要的理论价值和实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用水热合成法，以柠檬酸三钠为添加剂，二氯化锡为锡盐，一步合成具有高分散性并且尺寸均一的花状SnO2纳米材料，解决了现有合成技术中成本高、合成步骤繁琐及后处理过程复杂等问题，使其可以广泛应用于气体传感领域。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：前驱体的制备
室温条件下，将1.0mmol～4.0mmol二水合二氯化锡和5.0mmol～10mmol二水合柠檬酸钠溶于20mL去离子水中并搅拌10分钟后，加入1.0mmol～2.0mmol氢氧化钠，室温搅拌30分钟后转移到25mL聚四氟乙烯材质内衬中，装入到不锈钢材质高压釜内，180℃水热条件下保持12小时，冷却至室温后，后经离心、洗涤后，得到前驱体；
步骤2：花状纳米SnO2材料的制备
将前驱体500℃通空气条件下煅烧2小时即可得到花状纳米SnO2材料；
步骤3：一氧化碳气体传感性能测试
将一定量的待测样品分散到200μL水溶液中超声分散均匀后，取10μL滴加到传感器件表面，自然干燥后便可以装入到传感测试***中进行各种气体的传感性能测试。
进一步，所述步骤3中气体总流量通过气体流量计控制恒定为200sscm，传感试验温度为350℃。
进一步，所述步骤3中定义气体灵敏度为S＝Rair/Rgas，响应时间T1为传感气体进入后，传感材料电阻变化值下降到最大差值的90％所需要的时间，恢复时间T2为传感气体关闭后，传感材料电阻变化值上升到最大差值的90％所需要的时间。
进一步，其中Rair为传感材料在空气条件下的电阻值，Rgas为传感材料在空气条件下的电阻值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用水热合成方法，以廉价的柠檬酸三钠为诱导剂，一步合成尺寸均一、分散性好的花状结构SnO2纳米材料，使其可以广泛应用于各种环境中的危险化学气体检测。
附图说明
图1为本发明所得花状SnO2的粉末X-射线粉末衍射图，与金红石(Rutile)结构SnO2的标准图谱(JCPDS卡片编号为41-1445)完全一致，所得XRD谱图中没有任何杂质峰出现，表明制备得到的花状SnO2具有高度的结晶性；
图2为本发明实施例四制备的花状SnO2的扫描电镜图，可以清晰的看出三维花状微球尺寸大小分布比较均一，平均颗粒直径为3-5μm，并且是由许多纳米片状结构堆积而成的；
图3为本发明在350℃工作温度下，实施例四制备的花状SnO2材料对CO气体传感灵敏度随浓度的升高(10～50ppm)变化曲线图。当CO浓度为10ppm时，响应时间和恢复时间分别为20s和32s。内图为花状SnO2对CO气体传感灵敏度和浓度之间的线性关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
(1)前驱体的制备
室温条件下，将1.0mmol二水合二氯化锡和5.0mmol二水合柠檬酸钠溶于20mL去离子水中并搅拌10分钟后，加入1.0mmol氢氧化钠，室温搅拌30分钟后转移到25mL聚四氟乙烯材质内衬中，装入到不锈钢材质高压釜内，180℃水热条件下保持12小时。冷却至室温后，后经离心、洗涤后，得到前驱体。
(2)花状纳米SnO2材料的制备
将前驱体500℃通空气条件下煅烧2小时即可得到花状纳米SnO2材料。
实施例二：
(1)前驱体的制备
室温条件下，将2.0mmol二水合二氯化锡和5.0mmol二水合柠檬酸钠溶于20mL去离子水中并搅拌10分钟后，加入1.0mmol氢氧化钠，室温搅拌30分钟后转移到25mL聚四氟乙烯材质内衬中，装入到不锈钢材质高压釜内，180℃水热条件下保持12小时。冷却至室温后，后经离心、洗涤后，得到前驱体。
(2)花状纳米SnO2材料的制备
将前驱体500℃通空气条件下煅烧2小时即可得到花状纳米SnO2材料。
实施例三：
(1)前驱体的制备
室温条件下，将3.0mmol二水合二氯化锡和10mmol二水合柠檬酸钠溶于20mL去离子水中并搅拌10分钟后，加入2.0mmol氢氧化钠，室温搅拌30分钟后转移到25mL聚四氟乙烯材质内衬中，装入到不锈钢材质高压釜内，180℃水热条件下保持12小时。冷却至室温后，后经离心、洗涤后，得到前驱体。
(2)花状纳米SnO2材料的制备
将前驱体500℃通空气条件下煅烧2小时即可得到花状纳米SnO2材料。
实施例四：
(1)前驱体的制备
室温条件下，将4.0mmol二水合二氯化锡和10mmol二水合柠檬酸钠溶于20mL去离子水中并搅拌10分钟后，加入2.0mmol氢氧化钠，室温搅拌30分钟后转移到25mL聚四氟乙烯材质内衬中，装入到不锈钢材质高压釜内，180℃水热条件下保持12小时。冷却至室温后，后经离心、洗涤后，得到前驱体。
(2)花状纳米SnO2材料的制备
将前驱体500℃通空气条件下煅烧2小时即可得到花状纳米SnO2材料。
(3)一氧化碳气体传感性能测试
将10mg待测样品分散到200μL水溶液中超声分散均匀后，取10μL滴加到传感器件表面，自然干燥后便可以装入到传感测试***中进行各种气体的传感性能测试。气体总流量通过气体流量计控制恒定为200sscm(standard cubic centimeter per minute，标准情况下毫升每分钟)，传感试验温度为350℃。定义气体灵敏度为S＝Rair/Rgas(其中Rair为传感材料在空气条件下的电阻值，Rgas为传感材料在空气条件下的电阻值)，响应时间T1为传感气体进入后，传感材料电阻变化值下降到最大差值的90％所需要的时间，恢复时间T2为传感气体关闭后，传感材料电阻变化值上升到最大差值的90％所需要的时间。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：前驱体的制备
室温条件下，将1.0mmol～4.0mmol二水合二氯化锡和5.0mmol～10mmol二水合柠檬酸钠溶于20mL去离子水中并搅拌10分钟后，加入1.0mmol～2.0mmol氢氧化钠，室温搅拌30分钟后转移到25mL聚四氟乙烯材质内衬中，装入到不锈钢材质高压釜内，180℃水热条件下保持12小时，冷却至室温后，后经离心、洗涤后，得到前驱体；
步骤2：花状纳米SnO2材料的制备
将前驱体500℃通空气条件下煅烧2小时即可得到花状纳米SnO2材料；
步骤3：一氧化碳气体传感性能测试
将一定量的待测样品分散到200μL水溶液中超声分散均匀后，取10μL滴加到传感器件表面，自然干燥后便可以装入到传感测试***中进行各种气体的传感性能测试。
2.根据权利要求1所述的一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法，其特征在于：所述步骤3中气体总流量通过气体流量计控制恒定为200sscm，传感试验温度为350℃。
3.根据权利要求1所述的一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法，其特征在于：所述步骤3中定义气体灵敏度为S＝Rair/Rgas，响应时间T1为传感气体进入后，传感材料电阻变化值下降到最大差值的90％所需要的时间，恢复时间T2为传感气体关闭后，传感材料电阻变化值上升到最大差值的90％所需要的时间。
4.根据权利要求3所述的一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法，其特征在于：其中Rair为传感材料在空气条件下的电阻值，Rgas为传感材料在空气条件下的电阻值。
CN202010046709.0A 2020-01-16 2020-01-16 一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法 Pending CN113135587A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010046709.0A CN113135587A (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010046709.0A CN113135587A (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113135587A true CN113135587A (zh) 2021-07-20

Family

ID=76808263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010046709.0A Pending CN113135587A (zh) 2020-01-16 2020-01-16 一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113135587A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106542569A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 天津工业大学 一种花球状二氧化锡的制备方法
CN109682865A (zh) * 2019-01-07 2019-04-26 北京工业大学 一种负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料的自还原制备方法
CN110194483A (zh) * 2019-05-08 2019-09-03 武汉工程大学 一种多级结构的SnO2纳米材料
US20190369040A1 (en) * 2018-06-05 2019-12-05 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Room temperature nitrogen dioxide gas sensor
CN110606503A (zh) * 2019-09-16 2019-12-24 安徽师范大学 一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106542569A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 天津工业大学 一种花球状二氧化锡的制备方法
US20190369040A1 (en) * 2018-06-05 2019-12-05 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Room temperature nitrogen dioxide gas sensor
CN109682865A (zh) * 2019-01-07 2019-04-26 北京工业大学 一种负载金纳米颗粒的二氧化锡纳米花气敏材料的自还原制备方法
CN110194483A (zh) * 2019-05-08 2019-09-03 武汉工程大学 一种多级结构的SnO2纳米材料
CN110606503A (zh) * 2019-09-16 2019-12-24 安徽师范大学 一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zou et al. Sensitive and selective n-butanol gas detection based on ZnO nanocrystalline synthesized by a low-temperature solvothermal method
Han et al. Enhanced NOx gas sensing properties of ordered mesoporous WO3/ZnO prepared by electroless plating
Chen et al. Self-templated synthesis of mesoporous Au-ZnO nanospheres for seafood freshness detection
Cui et al. Fabrication of ZIF-8 encapsulated ZnO microrods with enhanced sensing properties for H 2 detection
CN106865628A (zh) 一种用于室温h2s气敏传感材料氧化镍及其制备方法
CN113740390A (zh) 一种镍掺杂氧化铟纳米颗粒及其制备方法与应用
CN108535334B (zh) 一种氧化锡纳米颗粒和氧化锌纳米线团聚结构的甲醇气敏传感器制备方法
Zhang et al. Ionic liquid-assisted synthesis of tungsten oxide nanoparticles with enhanced NO2 sensing properties at near room temperature
Singh et al. Synthesis, characterization and gas sensing capability of Ni x Cu 1− x Fe 2 O 4 (0.0≤ x≤ 0.8) nanostructures prepared via Sol–Gel method
CN111812161A (zh) 一种基于金属氧化物的no2气体传感器及其制备方法
CN109115843B (zh) 一种Cu掺杂ZnFe2O4纳米颗粒及其制备方法和应用
CN111040153A (zh) 一种具有高分散高活性表面特征的聚苯胺基氨敏结构材料及其制备方法
Blessi et al. Enhanced electrochemical performance and humidity sensing properties of Al3+ substituted mesoporous SnO2 nanoparticles
CN109133183B (zh) α-Fe2O3纳米微球硫化氢气敏材料及元件的制作
CN113135587A (zh) 一种采用水热合成法制备花状纳米SnO2气敏材料的方法
CN110487847B (zh) 一种ZnO/Sn3O4气敏材料及其制备方法和在传感器中的应用
CN117069165A (zh) 一种Pd修饰二维多孔NiO/ZnO气敏材料的制备方法及其制备CO气体传感器的方法
Gao et al. In-situ deposition of POMA/ZnO nanorods array film by vapor phase polymerization for detection of trace ammonia in human exhaled breath at room temperature
Kushare et al. Synthesis and Characterization of Novel CoCr2O4@ GeO2@ ZnO Core–Shell Nanostructure: Focus on Electrical Conductivity and Gas Sensing Properties
Wang et al. Enhanced photoelectric properties by the coordinating role of doping and modification
CN107091863B (zh) 一种三维层状NiZnAl半导体多金属氧化物复合材料及其制备方法和应用
CN115724462A (zh) 一种CeO2复合TiO2氢敏材料及制备方法
Jamalabadi et al. PPy-metal oxide hybrid nanocomposite sensor array for simultaneous determination of volatile organic amines in high humid atmosphere
CN113213528A (zh) 一种采用水热合成SnO/SnO2纳米复合气敏材料的方法
CN115010169A (zh) 一种稀土元素修饰的氧化铟气敏材料的制备方法、产品及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210720