[發明專利]氮摻雜圓形碳片與錫氧化物復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710204633.8
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106996946B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 金輝樂;王舜;楊超;王繼昌;劉萌;朱天麒;羅茂君
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 夏靜潔

本發明提供了一種氮摻雜圓形碳片與錫氧化物復合材料是圓形結構上鑲嵌著有量子點錫氧化物的氮摻雜碳片；該圓形碳片的直徑為2?10微米，并且部分碳片與碳片之間是緊密聯接著，同時錫的氧化物尺寸大小為2?10nm，并且鑲在圓形碳片上。該氮摻雜圓形碳片與錫氧化物復合材料在半導體傳感器上的應用，能夠提高SnO₂材料穩定性、增加材料的熱穩定性和化學性能(包括活性位點等)，從而提高半導體傳感器的靈敏度和使用壽命。本發明提供的氮摻雜圓形碳片與錫氧化物復合材料的制備方法，具有操作簡單，原料易得，實驗條件適宜，制備時間較短等特點，易于產業化推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種氮摻雜圓形碳片與錫氧化物復合材料，還涉及該復合材料的制備方法和應用，屬于無機復合材料領域。

背景技術

傳感器是將某種信號，按一定規律轉換成另一種信號的器件和裝置。氣體傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測出來，并轉換成電信號的器件，將其用來對有毒、有害氣體的探測，對易爆、易燃氣體的安全報警。

半導體SnO₂氣體傳感器因具有成本低且易于維修等優勢而受到了廣泛的關注。為了解決目前半導體傳感器存在的穩定性、選擇性差和使用壽命短等諸多問題。許多學者對SnO₂氣敏材料進行摻雜改性、表面修飾、與其它材料進行復合等以改變SnO₂表面的載流子濃度、晶界勢壘以及SnO₂的穩定性，從而實現材料氣敏性能的改善。

碳材料特別是雜原子氮摻雜的碳材料具有導電性好，在吸附氣體時碳材料的費米能級會改變，從而影響其電導，利用這一原理可制備碳材料氣體傳感器。同時碳材料穩定性好，當與其它氣體傳感材料如SnO₂進行復合會提高復合材料的穩定性。

作為將錫氧化物進行修飾或復合的現有技術，例如可列舉如下：

CN102680537A公開了一種高選擇性二氧化錫/碳納米管氣敏傳感器件的制作方法。采用Al2O3作為模板，將其浸漬在一定濃度的氯化錫溶液中，通過煅燒將氯化錫氧化為氣敏材料氧化錫。然后，通過乙炔氣體熱解的方法，使碳附著。將氧化鋁在氫氧化鈉溶液中去除后便得到了碳納米管/二氧化錫復合材料。將合成的材料制備成傳感器，和市場上的傳感器進行氣敏性能的比較，該材料對甲烷氣體的靈敏度和選擇性大大增強。因此此類復合材料顯示出良好的選擇性。

CN105891271A公開了一種基于石墨烯/二氧化錫/氧化鋅復合材料的電阻型氣體傳感器、制備方法及其應用，屬于氣體傳感器技術領域。依次由單晶硅襯底、二氧化硅層、鈦黏附層、叉指鉑電極、在二氧化硅層和叉指鉑電極表面涂覆的氣體敏感薄膜組成；該三元復合材料由石墨烯、二氧化錫和氧化鋅混合而成，為三維多孔結構。該傳感器在室溫下具有很高的響應靈敏度、快速的響應恢復速率和良好的響應可逆性，解決了二氧化錫和氧化鋅氣體傳感器需要在高溫下才能工作的問題。

如上所述，雖然現有技術中公開了多種碳材料(如碳納米管和石墨烯)與二氧化錫復合的方法，但這些現有技術中均存在一定的缺點，例如成本高、合成方法過于繁雜等，而對于可宏量合成二氧化錫與氮摻雜碳片復合，得到氮摻雜碳片與錫氧化物的復合材料報道很少。

因此，如何設計出一種簡單、經濟可宏量合成的方法來制備氮摻雜碳片與錫氧化物的復合材料，從而發揮兩者之間的協同效應，改變復合材料的載流子濃度、提升氣體傳感靈敏性和選擇性，并將其應用到傳感中，具有十分重要的科研價值和工業意義，這也正是本發明得以完成的基礎和動力所在。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種氮摻雜圓形碳片與錫氧化物復合材料及其制備方法，目的之二是提供該復合材料的應用，具體為在二氧化錫半導體氣體傳感器上的應用。

為達到上述目的，本發明采取的具體技術方案為：