[發明專利]用于甲醛傳感器的Sn單原子修飾NiO納米材料的制備方法及其產品和應用

有效

• 申請號: 201711087043.8
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107879381B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 何丹農;葛美英;孫健武;尹桂林;張芳;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C01G53/04
• 分類號: C01G53/04;G01N27/00
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明公開了一種用于甲醛傳感器的Sn單原子修飾NiO納米材料的制備方法及其產品和應用，該方法利用水熱法合成NiO納米材料，然后在有機溶劑中，將無水SnCl4吸附在NiO納米材料表面，為防止SnCl4水解，在有機溶劑中加入1~2滴硝酸，在零度與NiO粉末預混，然后將溶液置于?18℃，通過低溫預處理，可以使體系中擁有大量的空位，然后在450~550℃高溫焙燒，得到Sn單原子修飾的NiO納米材料。該方法的優點在于制備工藝簡單，制備成本低，且性能穩定，可極大的提升p型半導體的氣體靈敏度，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及氣敏傳感器技術領域，特別是涉及一種用于甲醛傳感器的Sn單原子修飾NiO納米材料的制備方法及其產品和應用，具體是指一種單原子修飾提升p型半導體納米材料氣敏性能的方法。

背景技術

金屬氧化物如NiO、SnO₂、ZnO等由于具有性能優異、環境友善、資源豐富、價格低廉等優點，是研究較為廣泛的氣敏材料。其中NiO作用重要的p型半導體，在氣體傳感器領域有非常重要的潛在應用價值，但是相對n型半導體，p型半導體普遍存在靈敏度差、響應時間長的問題，通過金屬氧化物表面修飾、摻雜等工藝可提升材料的氣敏性能。

決定半導體氣敏材料靈敏度的關鍵因素包括：比表面積，通過化學法構建納米材料，使材料具有較大的比表面積可以增加材料與目標氣體的接觸，進而提升材料的靈敏度；空位/缺陷調控，通過控制體系氧空位，可以提升目標氣體與敏感材料的反應活性，可以提升材料的靈敏度。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明目的在于：提供一種用于甲醛傳感器的Sn單原子修飾NiO納米材料的制備方法，不但制備工藝簡單，制備成本低，且可提高NiO納米材料的氣敏性能。

本發明再一目的在于：提供上述方法制備的產品。

本發明又一目的在于：提供上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：一種用于甲醛傳感器的Sn單原子修飾NiO納米材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：取0.5~1.5mmol的水溶性鎳鹽，溶于去離子水和乙二醇的混合溶液中，去離子水和乙二醇總體體積100 mL，二者比例為1:5~9，得到溶液A；

步驟二：將輔助劑與20-50mL甲醇預混，輔助劑的濃度在0.05M-0.2M之間，攪拌至輔助劑完全溶解；加入一定量的碳酸氫銨，得到溶液B；

步驟三：將溶液A和溶液B混合，將溶液移至30-50 ℃的水浴鍋中，然后攪拌2-5 h后，置于反應釜中，140~180 ℃反應10~14h，待溫度降至室溫，將樣品離心沉淀，用去離子水和無水乙醇反復洗滌2~3次后，將樣品在干燥箱中干燥，得到Ni(OH)₂粉末備用；

步驟四：取按體積比4:1~1:4取乙醇和乙二醇預混，二者總體積為20mL，加入1~2滴硝酸，將溶劑溫度降至零度，然后加入0.1~0.2mmol的無水SnCl₄，攪拌10~20min后加入0.1g的Ni(OH)₂粉末，攪拌30min后，置于冰箱中，于-18℃靜置24h，取出后靜置3~5h后，離心，用去離子水離心清洗3~5次，干燥后置于馬弗爐中，450~550 ℃焙燒3~6小時，得到Sn單原子修飾NiO納米材料。

本發明提供了一種簡單的單原子修飾NiO納米材料的方法，可大幅提高NiO納米材料的氣敏性能，且制備工藝簡單，制備的成本低，對進一步推進半導體氣敏器件的發展具有實際應用價值。

在上述方案基礎上，步驟一中所說的水溶性鎳鹽為Ni(NO₃)₂·6H₂O、NiCl₂中的一種或二者組合。

步驟二所說的碳酸氫銨與鎳鹽的摩爾比為3~6:1。