[發明專利]一種rGO/ZnCo2O4/Au的三元復合室溫氣敏材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710115435.4
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107014952A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 馬振壬;宋鵬;王琦;李嘉;楊中喜
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業)37240
• 代理人: 李茜

技術領域

本發明涉及一種rGO/ZnCo₂O₄/Au的三元復合室溫氣敏材料制備方法，屬于先進納米材料制備工藝技術領域。

背景技術

現在的氣體傳感器所采用的氣敏材料大多是金屬氧化物半導體氣敏材料，但是金屬氧化物半導體不具備室溫導電性，其載流子遷移率較低、比較面積較小導致利用率低。一般情況下需要加熱到70~250 ℃下才能工作。因此開發電子遷移率高，比表面積大并且可在室溫下工作的氣體傳感器是突破半導體傳感器發展瓶頸的一種可行的方法。石墨烯作為一種單原子層厚度的具有二維蜂窩狀結構的碳材料，擁有巨大的比表面積和超高電子遷移率且性質穩定，被廣泛地應用在電子、傳感器、醫藥和催化等領域，為克服半導體氣敏材料缺點提供新的思路。自石墨烯被發現以來成為了各國專家學者研究的焦點，同時也被認為是改善傳感器氣敏性能的新型材料。

微/納米結構功能材料的形態和結構也是影響其氣敏性能的主要因素，許多人已經致力于在制備過程中控制它的形態和結構或者是開發新結構來實現性能的增強，使其在光學、電子、磁學、仿生學以及催化中的應用這些獨特的性質而受到廣泛的關注。不同形態的鈷酸鋅微/納米結構這些年來也有發展，如：一種鈷酸鋅納米片鈷酸鋅列陣/泡沫鎳復合電極、制備方法及其應用- CN201310366652.2對納米片狀結構鈷酸鋅進行了合成。近年來，三元復合材料與多孔片狀結構是氣敏材料研究領域的熱點，對垂直生長在rGO載體上的鈷酸鋅復合氣敏材料具有石墨烯高的比表面積和規則排列的不易發生團聚的鈷酸鋅納米多孔片狀結構，使其在室溫下具有較好的氣敏性能，因而被認為是非常有前景的氣敏材料。此外，利用貴金屬納米顆粒對rGO/ZnCo₂O₄/Au復合材料進行表面修飾可以在鈷酸鋅與金納米顆粒界面處形成肖特基結，幫助起修飾作用的顆粒附近進行載流子分離并且影響氣固兩相的相互作用，從而有效提高三元復合材料在室溫下的氣敏性能，如王燕等（王燕, 景志紅, 吳世華等. 不同方法摻雜Au對納米α-Fe₂O₃氣敏性能的影響[J]. 物理化學學報, 2006, 22(1): 114 - 118.）對摻雜貴金屬Au的納米α-Fe₂O₃的氣敏性能進行了研究。我國是石墨資源最豐富的國家，也是生產大國，但對其高技術的深加工探究尚處于初級階段。石墨烯復合材料的研究主要集中在最近十年，還有許多問題需要研究。因此，探索室溫下具有高氣敏性能的三元石墨烯復合氣敏材料是一個仍需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術的不足，提供一種負載金納米顆粒的多孔片狀鈷酸鋅垂直生長在rGO上的氣敏材料制備方法。具有成本低，生產工藝簡單，無環境污染，易于工業化大規模生產的特點。所得rGO/ZnCo₂O₄/Au三元氣敏材料在室溫下氣敏性得到大幅提高。實現本發明目的的技術方案是：一種rGO/ZnCo₂O₄/Au的三元氣敏材料制備方法，其特征在于：以rGO，六水和硝酸鈷，六水合硝酸鋅，HMT為原料，以檸檬酸鈉為表面活性劑，經水熱反應、煅燒處理，得到垂直生長在rGO上的多孔片狀結構的鈷酸鋅復合材料；進而以四氯金酸為原料，檸檬酸鈉為還原劑，L-賴氨酸為添加劑，在其表面負載貴金屬金納米顆粒，最終得到負載金納米顆粒的多孔片狀結構的氣敏材料。本方法生產工藝簡單，以石墨烯為載體的二維片狀結構，所得鈷酸鋅為垂直生長的納米多孔片狀結構，通過水熱反應得到rGO/ZnCo₂O₄二元復合材料，并通過負載貴金屬金納米顆粒，獲得在室溫下具有較高靈敏度的新型氣敏材料。具體合成步驟如下：

（1）稱取一定量的改進Hummers法制備的氧化石墨烯GO，將其超聲分散于10-100 mL去離子水中，得到GO膠體溶液，其中GO的濃度為0.25-0.5 mg/mL；