[發明專利]高氣敏性能的多元復合金屬氧化物、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201610015673.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105424757B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 張玲;李曦峰;牟宗剛
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;C04B41/87
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

本發明公開了高氣敏性能的多元復合金屬氧化物、制備方法及應用，將p型半導體金屬氧化物對應的金屬離子、n型半導體金屬氧化物對應的金屬離子和摻雜金屬離子混合，加入配位劑，經沉淀、老化、干燥、煅燒即得高氣敏性能的多元復合金屬氧化物，摻雜金屬價態低于p型半導體的金屬價態，或者摻雜金屬價態高于n型半導體的金屬價態。本發明復合形成的金屬氧化物具有提高靈敏性和響應性的p?n結，同時進行適量的摻雜處理，形成三元或四元的復合金屬氧化物；通過加入配位劑來調整、控制多元金屬復合羥基化合物的結構，從而實現金屬復合氧化物材料的結構可控。

技術領域

本發明涉及功能材料領域，具體涉及高氣敏性能的多元復合金屬氧化物、制備方法及應用。

背景技術

由于現代工業的迅速發展，工業生產中使用的氣體原料和生產過程中產生的有毒、有害氣體種類和數量越來越多，這些氣體不僅污染環境，而且有可能引起爆炸、火災以及使人體產生中毒。對這些氣體迅速準確的檢測，將有效地防止此類惡性事件的發生，因此，對于高性能氣敏材料的需求量也就越來越大。當前，各種單一金屬氧化物(例如ZnO，SnO₂，Fe₂O₃等)已被廣泛應用于氣敏傳感器。但是單一金屬氧化物氣敏材料靈敏度較低、工作溫度高、選擇性差等缺點，不能適應越來越高的氣體檢測要求。為了彌補單一氧化物的這一缺陷，人們開始在單一氧化物中摻雜一種或幾種金屬氧化物，從而得到復合金屬氧化物半導體氣敏材料。實驗證明，被摻雜了不同金屬的復合氧化物對于特定的氣體具有較高的靈敏性和選擇性。

中國專利CN104048996A公開了一種晶體非晶體金屬氧化物復合氣敏材料的制備方法，然而其制備的氣敏材料的工作溫度都在240℃以上，其靈敏度和響應性也不足。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供了高氣敏性能的多元復合金屬氧化物的制備方法，其制備的多元復合金屬氧化物氣敏材料的工作溫度降低，靈敏度和響應性有提升。本發明還提供了高氣敏性能的多元復合金屬氧化物的應用。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

高氣敏性能的多元復合金屬氧化物的制備方法，將p型半導體金屬氧化物對應的金屬離子、n型半導體金屬氧化物對應的金屬離子和摻雜金屬離子混合，加入配位劑，經沉淀、老化、干燥、煅燒即得高氣敏性能的多元復合金屬氧化物，摻雜金屬價態低于p型半導體的金屬價態，或者摻雜金屬價態高于n型半導體的金屬價態。

本發明p型半導體和一種n型半導體金屬氧化物復合形成的金屬氧化物具有提高靈敏性和響應性的p-n結，同時對主體中的p型半導體金屬氧化利用比其價態低的金屬離子進行適量的摻雜處理，或對主體中的n型半導體金屬氧化物可利用高價態的金屬離子進行適量的摻雜處理，形成三元或四元的復合金屬氧化物，通過調整不同的主體氧化物，和選擇不同的摻雜金屬離子實現對材料的導電性和氣體吸附性的控制，以實現對不同氣體的高選擇性和高靈敏度；通過加入配位劑來調整、控制多元金屬復合羥基化合物的結構，從而實現金屬復合氧化物材料的結構可控；通過材料結構調整，形成p-n結以及摻雜金屬離子，使得本發明方法制備的高氣敏性能的多元復合金屬氧化物氣敏材料具有低工作溫度、高靈敏度、高穩定性、響應快、選擇性好。

優選的，其步驟為：

(1)將p型半導體金屬氧化物對應的金屬可溶鹽、n型半導體金屬氧化物對應的金屬可溶鹽和摻雜金屬可溶鹽加入至水中混合均勻，制備成混合溶液；

(2)向混合溶液中加入配位劑，使配位劑與金屬離子絡合；

(3)調節混合溶液的pH值，使溶液產生沉淀；

(4)將沉淀進行老化后抽濾，干燥得到復合金屬羥基化合物；

(5)將得到的復合金屬羥基化合物在惰性氣體保護下煅燒后即得高氣敏性能的多元復合金屬氧化物。