[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈰元素?fù)诫s的三氧化鉬納米條帶氣敏材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611007621.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106587154A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李卓起;宋鵬;王瑋杰;趙志成;張佳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G39/02
• 分類(lèi)號(hào): C01G39/02;G01N33/00
• 代理公司: 濟(jì)南譽(yù)豐專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè))37240
• 代理人: 李茜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈰元素?fù)诫s的三氧化鉬納米條帶氣敏材料的制備方法。

背景技術(shù)

氣體傳感器的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為關(guān)系到當(dāng)今社會(huì)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的重要組成部分，其廣泛用于化學(xué)、化工、環(huán)保、安全生產(chǎn)和日常生活等領(lǐng)域的有毒、有害氣體的預(yù)報(bào)與檢測(cè)，具有廣闊的應(yīng)用前景，日益成為世界各國(guó)共同關(guān)注的重要課題之一。

MoO₃作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，表面存在有與待測(cè)氣體選擇性作用的活性位點(diǎn)，因此具有很好的氣敏特性。氣敏材料在相應(yīng)溫度下對(duì)NH₃、H₂、CO、NO₂等氣體均表現(xiàn)出一定的氣敏性，但是單純的MoO₃氣敏材料對(duì)各種氣體的響應(yīng)在靈敏度、選擇性、響應(yīng)速度等方面都不太理想，所以為了提高M(jìn)oO₃材料的氣敏性能，對(duì)MoO₃材料納米化及摻雜改性是當(dāng)前改善MoO₃氣敏材料的重要手段，已成為氣體傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。例如CN201510972803.8提供一種固相化學(xué)反應(yīng)合成稀土摻雜納米三氧化鉬氣敏材料的方法，所述的氣敏材料具備產(chǎn)品產(chǎn)率高、環(huán)境友好、易于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。采用同本發(fā)明所述應(yīng)用相似的氣敏元器件，具有感應(yīng)靈敏度高、氣體選擇性好、響應(yīng)恢復(fù)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)資料顯示，O元素的電負(fù)性為3.44個(gè)單位。第5周期元素Mo類(lèi)屬VI B族，電負(fù)性為2.16個(gè)單位，通常認(rèn)為MoO₃以共價(jià)鍵的形式結(jié)合。而第6周期元素Ce類(lèi)屬ΙΙΙ B族，電負(fù)性為1.12個(gè)單位，以離子鍵的形式形成CeO₂。同時(shí)值得注意的還有，Mo元素的共價(jià)半徑為1.3 ?，而Ce⁴⁺的離子半徑為1.034 ?，所以Ce⁴⁺容易摻入到Mo-O鍵中去，故在納米化MoO₃材料摻雜改性方面，Ce⁴⁺應(yīng)當(dāng)成為一個(gè)不錯(cuò)選擇。然而想要直接摻入半導(dǎo)體晶格的間隙中去卻沒(méi)有那么容易，只有當(dāng)晶體中出現(xiàn)有晶格空位后，雜質(zhì)原子才有可能進(jìn)去占據(jù)這些空位，從而進(jìn)入到MoO₃納米晶體。為了讓MoO₃納米晶體中產(chǎn)生出大量的晶格空位，就要對(duì)體系加熱，讓晶體原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，以使得某些原子獲得足夠高的能量而離開(kāi)晶格位置、留下空位（與此同時(shí)也產(chǎn)生出等量的間隙原子，空位和間隙原子統(tǒng)稱(chēng)為熱缺陷），也因此原子的擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而指數(shù)式增大，從而達(dá)到大離子摻入小離子晶體的目的。這種熱擴(kuò)散技術(shù)在半導(dǎo)體摻雜材料領(lǐng)域的應(yīng)用也引出了本發(fā)明所涉及的制備方法。

使用一維納米材料的氣體傳感器往往表現(xiàn)出靈敏度高、工作溫度低和響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。GALATSIS K等人在<<Comparison of single and binary oxide MoO₃, TiO₂and WO₃ sol-gel gas>>一文中提到，三氧化鉬在眾多領(lǐng)域特別是氣體敏感檢測(cè)元件、催化材料等方面具有潛在的廣泛應(yīng)用。

由此觀(guān)之，如果將一維納米材料的優(yōu)點(diǎn)和三氧化鉬半導(dǎo)體活性位點(diǎn)特點(diǎn)相結(jié)合，加之由鈰元素?fù)诫s造成晶體缺陷而產(chǎn)生的顯著性能提升，制備出一維氧化鉬納米條帶，并充分發(fā)揮其氣敏性能，應(yīng)用到氣體傳感器等領(lǐng)域，那么無(wú)論是從理論上還是從實(shí)際應(yīng)用上都會(huì)產(chǎn)生重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

鈰作為地球上豐度最高的稀土元素，開(kāi)發(fā)成本相對(duì)較低，同時(shí)因其離子半徑適當(dāng)而易于摻入三氧化鉬晶格，以提高晶體性能。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈰元素?fù)诫s的三氧化鉬納米條帶氣敏材料的制備方法。

鈰元素?fù)诫s的三氧化鉬納米條帶氣敏材料，是以納米三氧化鉬為基體，摻入一定比例的鈰元素經(jīng)液相水熱合成法制得的。將固體鉬酸銨經(jīng)高溫煅燒，燒焙生成高純度的α-MoO₃，與固相鈰鹽按照一定比例混合，加入一定量的過(guò)氧化氫，再加入一定量的硝酸，在高溫條件下進(jìn)行液相化學(xué)反應(yīng)，生成固相產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，即可制得橫截半徑為100nm—150nm的鈰元素?fù)诫s的三氧化鉬納米條帶。

根據(jù)本發(fā)明，一種鈰元素?fù)诫s的三氧化鉬納米條帶氣敏材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）高溫煅燒固體鉬酸銨，得到固體α-MoO₃；

（2）燒焙生成的α-MoO₃與鈰鹽配置出混合溶液，所述金屬鉬和金屬鈰摩爾比滿(mǎn)足1:X, 0＜X≤0.25；