[發明專利]一種空心十四面體結構羥基錫酸鋅氣敏材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410284567.6
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104150527A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 宋鵬;張慧慧;王琦;韓丹;楊中喜
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01G19/00
• 分類號: C01G19/00;B82Y30/00;G01N33/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于傳感材料技術領域，尤其涉及空心十四面體結構羥基錫酸鋅氣敏材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代工業迅速發展，生產規模不斷擴大，產品種類逐漸增多，生產過程中會使用到各類氣體，同時也會排出各種氣體，而這些氣體中一部分是有害的，當這些氣體在使用，生產，運輸的過程中，一旦發生泄露，就會對大氣引起嚴重的污染，有引發爆炸、火災的危險，或使人中毒等潛在危險，嚴重的危害到人類的人身安全和財產安全。同時隨著生活水平的提高，液化氣、天然氣已經普及到每一個家庭，但每年因為液化氣和天然氣泄露，而造成的中毒、火災、甚至是爆炸事件都在增多。人類自身對有害氣體的反應是有限的，不具有對有害氣體的定量的判斷能力，往往還沒有感覺到，危險就已經發生，因此對有毒、有害、易燃、易爆氣體進行實時、實地的監測是非常有必要的。

目前，氣體傳感器采用的材料絕大多數是半導體金屬氧化物，它是利用氣體在半導體氧化物表面的吸附及反應引起半導體電阻變化來檢測氣體的。羥基錫酸鋅（ZnSn(OH)₆）是近年來逐步發展起來的一種有效的氣敏材料。圍繞羥基錫酸鋅氣敏材料的制備，已有若干文獻報道，如Lixian?Han等（Lixian?Han,?Jie?Liu,?Zhengjun?Wang?et.al,?Shape-controlled?synthesis?of?ZnSn(OH)₆?crystallites?and?their?HCHO-sensing?properties?[J].?CrystEngComm,?2012,?14:3380-3386）利用ZnSO₄和Na₂SnO₃為原料可控合成了具有實心結構的ZnSn(OH)₆立方體和圓球，并對其甲醛氣敏性能進行了研究；Rongmei?Liu等（Rongmei?Liu,?Yuanwen?Jiang,?Feng?Gao?et.al,?Biopolymer-assisted?construction?and?gas-sensing?study?of?uniform?solid?and?hollow?ZnSn(OH)₆?spheres?[J].?Sens.Actuators?B,?2013,?178:?119-124.）報道了利用生物聚合物海藻酸鈉為助劑在水熱條件下合成了ZnSn(OH)₆實心球和空心球；再如申請號為中國專利CN201310223238.6，名稱為“一種亞微米羥基錫酸鋅立方體材料的制備方法”，選用原料十六烷基三甲基溴化銨、正己醇、環己烷和去離子水組成微乳液，以硫酸鋅和錫酸鈉為反應物，制備亞微米羥基錫酸鋅立方體顆粒，可用作光催化、氣敏和阻燃等材料。以上幾種技術均具有工藝復雜、成本高、效率低，所得氣敏材料不具備中空結構或僅為空心球結構，比表面積小，限制了氣敏性的發揮。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供了一種具有非球形空心結構的羥基錫酸鋅空心十四面體氣敏材料的制備方法，制備工藝簡單靈活，成本低廉，能對其多面體形貌進行有效控制，制備的這種空心多面體結構氣敏材料對乙醇具有較高的靈敏度，以及快速的響應、恢復。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：將一定濃度的可溶性鋅鹽與檸檬酸混合溶液，加入到可溶性錫鹽與氫氧化鈉形成的混合溶液中，一定溫度下水浴加熱，形成具有十四面體結構的羥基錫酸鋅，再加入適量的氫氧化鈉作為侵蝕介質，將其刻蝕為空心十四面體結構，最后經離心分離，洗滌，干燥，即可得到具有空心十四面體結構的羥基錫酸鋅氣敏材料。其具體步驟如下：

（1）鋅鹽溶液配制：以可溶性鋅鹽為原料，溶于去離子水中，配成0.3-1摩爾/升的溶液，攪拌混合均勻。

（2）錫鹽溶液配制：以可溶性錫鹽為原料，溶于去離子水中，控制濃度為0.3-1摩爾/升，磁力攪拌，混合均勻。

（3）實心結構羥基錫酸鋅十四面體制備：將步驟（1）所得鋅鹽溶液加入步驟（2）所得錫鹽溶液中，然后按照錫鹽：氫氧化鈉的摩爾比為1:8-10的比例，加入氫氧化鈉溶液，一定溫度下水浴加熱10-30分鐘，形成具有十四面體結構的羥基錫酸鋅。

（4）空心十四面體結構羥基錫酸鋅的制備：向步驟（3）所得產物中加入氫氧化鈉，錫鹽：氫氧化鈉的摩爾比為1:16-20的比例，室溫下攪拌2-4小時，利用離心機進行固液分離，并用去離子水和乙醇對所得固體產物進行多次洗滌，50-80℃干燥，最終得到白色粉體產物。

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本發明采用上述技術方案后，主要有以下效果：