[發明專利]一種鑭離子摻雜氧化鋅多孔空心球的制備方法及應用

無效

• 申請號: 201110232253.8
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102320648A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 尹靜;別利劍;孟帆;何建群
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于氣敏材料的制備，特別是一種鑭離子摻雜氧化鋅多孔空心球的制備方法及應用。

背景技術

氧化鋅是一種重要的寬帶隙化合物半導體，在化學傳感器、壓電、光催化、光電轉換、藍綠發光二極管和激光器等領域具有重要的應用價值。在化學傳感器、壓電、光催化、光電轉換應用過程中，增大氧化鋅比表面積一直是提升其性能有效方法。目前常用的制備氧化鋅的方法，如模板法、溶膠-凝膠法、微乳液法等，通常僅可利用材料的外表面，尚未充分發揮材料的性能，本專利所提出的氧化鋅多孔空心球傳可充分利用材料的內表面和外表面，有可能實現提高材料的上述應用性能。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術分析，提供一種鑭離子摻雜氧化鋅多孔空心球的制備方法及應用，該制備方法工藝簡單、成本低，且可獲得均勻分布的ZnO納米多孔空心球，比表面積較大；該材料用于制備旁熱式氣敏元件，與監測氣體能充分接觸。

本發明的技術方案：

一種鑭離子摻雜氧化鋅多孔空心球的制備方法，以硝酸鑭La(NO₃)₃、六次甲基四胺(CH₂)₆N₄和硝酸鋅Zn(NO₃)₂為原料，以檸檬酸鈉為表面活性劑，在水中進行共沉淀反應制備，步驟如下：

1）?將(CH₂)₆N₄溶于去離子水中，超聲使其溶解后加入Zn(NO₃)₂和La(NO₃)₃，繼續超聲震蕩使La(NO₃)₃完全溶解，然后將檸檬酸鈉加入上述溶液，配置成反應液；

2）將反應液置于70～95℃水浴槽中，反應3～5h后抽濾，得到白色沉淀，將沉淀物分別用去離子水、無水乙醇充分洗滌，過濾后將沉淀物在60～80℃溫度下烘干，即可制得粉末狀鑭離子摻雜氧化鋅多孔空心球。

所述Zn(NO₃)₂、La(NO₃)₃、(CH₂)₆N₄、檸檬酸鈉與去離子水的用量比為100?ml去離子水中(CH₂)₆N₄為0.2-0.4?g、Zn(NO₃)₂為0.6-0.8?g、La(NO₃)₃為0.02-0.04?g、檸檬酸鈉為0.1-0.15g。

一種所述鑭離子摻雜氧化鋅多孔空心球的應用，用于制備旁熱式氣敏元件，方法是將上述鑭離子摻雜氧化鋅粉末與松油醇混和并調勻配成漿料，涂敷到陶瓷管表面，在300～600℃溫度下燒結1～3?h，制作成燒結型旁熱式氣敏元件，然后在300～500℃溫度下老化1～3天即可。

所述鑭離子摻雜氧化鋅粉末與松油醇混和的質量比為1:5。

本發明的工作原理：在無檸檬酸鈉存在時，氧化鋅易于形成棒狀結構，但由于存在檸檬酸鈉，規整的鏈狀結構使其很容易吸附在ZnO晶種的表面改變其生長過程，導致片狀結構的形成，片狀結構不斷聚集最終形成了表面為多孔片狀結構的氧化鋅球。ZnO納米多孔空心球的表面是由許多顆粒組合而成多孔片狀結構,顆粒之間又有空隙，有些球表面沒有完全封閉，部分是敞開的，球的直徑約為2μm,氣體分子可以進入，內部和外部都可同時與氣體接觸，從而提高了納米氧化鋅的吸附氧量及與氣體的接觸面積,將其作為氣敏材料應該具有很好的氣敏性能。?

本發明的優點和積極效果：

1)?液相摻雜La³⁺納米ZnO多孔空心球的制備方法與其他方法相比，工藝簡單、成本低；(2)?該方法可以獲得均勻分布的ZnO納米多孔空心球，比表面積較大；3）該材料制備旁熱式氣敏元件，多孔結構使其氣體充分接觸，可廣泛應用于乙醇、甲醛、氨氣、氫氣的氣體監測。

【附圖說明】

圖1是ZnO:La³⁺空心球的SEM照片。

圖2是ZnO:La³⁺空心球的XRD圖。

圖3是ZnO:La³⁺空心球對不同濃度乙醇的靈敏度曲線。

圖4是ZnO:La³⁺空心球工作時間與靈敏度之間的關系。