[發(fā)明專利]一種鈀摻雜中空多孔二氧化錫微立方體及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410699544.1
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104483351A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉善堂;肖麗;雷鳴;周發(fā)武
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué);武漢巨正環(huán)保科技有限公司
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;C01G19/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無機(jī)材料領(lǐng)域，具體涉及一種鈀摻雜中空多孔二氧化錫微立方體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化錫(SnO₂)是一種重要的寬禁帶n型半導(dǎo)體材料，具備高能帶(E_g＝3.6eV，T＝300K)、成本低、環(huán)境友好、響應(yīng)靈敏度高以及響應(yīng)恢復(fù)快等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氣敏傳感器領(lǐng)域。近年來，各項(xiàng)研究主要通過調(diào)控SnO₂的表面性質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造、尺寸和形貌來進(jìn)一步提高其氣敏性能，各種不同形貌結(jié)構(gòu)的SnO₂，如納米立方體、納米球與納米管等已經(jīng)被成功制備。

中空結(jié)構(gòu)材料具有密度低、內(nèi)部空間大、比表面積高、生物兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，在過去數(shù)十年中引起了研究人員的廣泛關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于傳感器、光催化、藥物傳輸、超級電容、鋰離子電池等諸多領(lǐng)域。借助于中空材料提供的高比表面積對氣體傳感中氣體擴(kuò)散與質(zhì)子傳輸?shù)挠欣绊懀锌战Y(jié)構(gòu)材料相對于傳統(tǒng)的實(shí)心結(jié)構(gòu)材料往往具有更佳的氣體敏感性能。因此，開發(fā)新穎高效的中空材料作為敏感材料對于發(fā)展高性能的氣體傳感器具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)的硬模板法可以制備出與模板結(jié)構(gòu)相似、形貌良好、尺寸均一的中空結(jié)構(gòu)。然而，通過加熱分解或者化學(xué)方法去除模板的步驟往往復(fù)雜且耗能大，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，限制了所述中空結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鈀摻雜中空多孔二氧化錫微立方體及其制備方法和應(yīng)用，涉及的制備工藝簡單，產(chǎn)量大，利用該方法將鈀元素?fù)饺胫锌斩嗫锥趸a微立方體中，并應(yīng)用于制備氣敏元件，可有效提高對乙醇等氣體的靈敏度和選擇性，并縮短響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鈀摻雜中空多孔二氧化錫微立方體，其制備方法包括以下步驟：

1)制備鈀摻雜中空ZnSn(OH)₆微立方體：將中空ZnSn(OH)₆微立方體超聲分散于去離子水中得中空ZnSn(OH)₆微立方體懸浮液，向所得懸浮液中滴加鈀鹽溶液，室溫下攪拌0.5～3h；然后，調(diào)節(jié)溶液pH值至9～12，在室溫下持續(xù)反應(yīng)4～12h，經(jīng)洗滌、干燥，得鈀摻雜中空ZnSn(OH)₆微立方體；

2)制備鈀摻雜的中空多孔二氧化錫微立方體：將步驟1)制得的鈀摻雜中空ZnSn(OH)₆微立方體置于500～700℃空氣氣氛中，退火處理3～7h，冷卻至室溫后，再將所得固體浸入1～3mol/L的稀酸溶液中，室溫下攪拌0.5～3h，將所得沉淀洗滌、干燥，得所述鈀摻雜中空多孔二氧化錫微立方體。

根據(jù)上述方案，步驟1)中所述的中空ZnSn(OH)₆微立方體的制備方法是：向鋅鹽和檸檬酸的混合水溶液中加入SnCl₄·5H₂O的乙醇溶液，在室溫下攪拌混合均勻，向得到的混合溶液中加入NaOH固體，室溫下持續(xù)攪拌1～5h，然后逐滴加入2mol/L的NaOH溶液，持續(xù)反應(yīng)0.5～3h；將反應(yīng)得到的混合溶液離心分離，經(jīng)洗滌得中空ZnSn(OH)₆微立方體白色沉淀。

根據(jù)上述方案，所述鋅鹽為ZnCl₂或Zn(NO₃)₂，鋅鹽：檸檬酸：SnCl₄·5H₂O的摩爾比為1：1：1，水溶液與乙醇溶液的體積比為(2～5)：1，Zn²⁺在水溶液中濃度為0.05～1mol/L，Sn⁴⁺在乙醇溶液中濃度為0.1～2mol/L。

根據(jù)上述方案，所述中空ZnSn(OH)₆微立方體的制備方法中，NaOH固體與SnCl₄·5H₂O的摩爾比為(8～12)：1，加入的2mol/L?NaOH溶液與SnCl₄·5H₂O的摩爾比為(10～50)：1。加入NaOH固體的作用是與溶液中Zn²⁺、Sn⁴⁺反應(yīng)生成ZnSn(OH)₆；繼續(xù)加入2mol/L?NaOH溶液的目的是與ZnSn(OH)₆繼續(xù)反應(yīng)，通過化學(xué)刻蝕作用形成中空結(jié)構(gòu)的ZnSn(OH)₆微立方體。