[發(fā)明專利]一種棒狀ZnO/ZIF-8的制備及其低溫H2敏感效應(yīng)

在審

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• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107991350A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋曉攀;曹丙強(qiáng);潘姿羽
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;C01G9/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所37218
• 代理人: 李桂存

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米傳感器的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位生長在平板電極上的棒狀ZnO/ZIF-8的制備方法及其低溫H₂敏感效應(yīng)。

背景技術(shù)

ZnO是一種典型的n型半導(dǎo)體材料，能帶寬度為3.7eV。一維ZnO納米結(jié)構(gòu)如納米線、納米棒和納米帶等具有高的比表面積、良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，因而被廣泛的應(yīng)用于化學(xué)敏感領(lǐng)域中。其中ZnO納米棒結(jié)構(gòu)通常是單晶結(jié)構(gòu)且表面比較光滑，具有更大的比表面積、量子尺寸效應(yīng)。隨著不斷的開發(fā)應(yīng)用人們發(fā)現(xiàn)純相的ZnO氣敏材料一般選擇性不高，主要表現(xiàn)為對多種氣體如C₂H₅OH、CO、TEA及H₂等都具有相應(yīng)的靈敏度，這樣很難達(dá)到人們的要求。

近年來，類沸石咪挫酯骨架材料（Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIFs）是一類具有沸石骨架結(jié)構(gòu)的材料，這類材料結(jié)合了沸石高的穩(wěn)定性和材料的結(jié)構(gòu)多樣和性能多樣性，ZIF-8 (Zn(Hmim)₂, Hmim=2-甲基咪唑) 作為最具代表性的材料受到了廣泛的關(guān)注。ZIF-8材料具有超高的孔隙率、巨大的比表面積可達(dá)1400m²/g，其孔徑尺寸僅為3.4?，具有非常明顯的篩分作用，對其應(yīng)用研究已涉及氣體吸附、分離，儲氫和催化等多個領(lǐng)域，是目前研究最為廣泛的一類ZIF材料。尤其在氣敏傳感器領(lǐng)域ZIF-8材料可有效阻隔大分子物質(zhì)篩選小分子物質(zhì)，將ZIF-8材料與ZnO材料復(fù)合可有效改善ZnO材料選擇性差的問題，并能充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)勢，在傳感器領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用前景。

目前，Martin Drobek 等人(Drobek, Martin, et al. MOF-based membrane encapsulated ZnO nanowires for enhanced gas sensor selectivity. ACS applied materials & interfaces 8.13 (2016): 8323-8328.) 合成的ZIF-8膜包裹的ZnO納米線復(fù)合物對H₂有氣敏響應(yīng)，而ZIF-8/ZnO 對C₇H₈ (5.92 ?)、C₆H₆(5.27 ?)在相同條件下無響應(yīng)，說明ZiIF-8確實(shí)起到了分子篩分膜的作用。但是其響應(yīng)溫度300 ℃太高，功耗較大使得實(shí)用性降低，且合成方法操作復(fù)雜、成本昂貴不適宜大批量的生產(chǎn)研究及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對響應(yīng)溫度高、功能損耗大、實(shí)用性低、合成操作復(fù)雜、成本昂貴等問題，本發(fā)明提供了一種低功耗、操作簡便的具有低溫H₂敏感效應(yīng)的棒狀ZnO/ZIF-8制備方法。

一種棒狀ZnO/ZIF-8的制備及其低溫H₂敏感效應(yīng)，有以下步驟：

1）制備ZnO籽晶層：將二水乙酸鋅加入到乙二醇甲醚中，室溫下攪拌均勻，加入乙醇胺，攪拌均勻，二水乙酸鋅、乙二醇甲醚與乙醇胺的用量比為4.4g：25ml：1.2g，靜置12h后得到溶膠，將所得溶膠旋涂在干凈的氧化鋁平板電極上，經(jīng)退火處理后，在氧化鋁平板電極上得到ZnO籽晶層；

2）制備棒狀ZnO：按摩爾比為1:1配制硝酸鋅和六次甲基四胺的水溶液，水溶液中硝酸鋅的濃度為0.02-0.04mol/L，將步驟1）中有ZnO籽晶層的氧化鋁平板電極放入，倒入高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用水和乙醇反復(fù)清洗，得到生長于氧化鋁平板電極上的棒狀結(jié)構(gòu)納米ZnO；

3）制備棒狀ZnO/ZIF-8：將0.16-0.26mol/L的乙酸鋅水溶液加入到1.8-2.8mol/L的2-甲基咪唑的水溶液中攪拌2-5min，得到混合溶液，放入步驟2）所得的表面具有棒狀結(jié)構(gòu)納米ZnO的氧化鋁平板電極，室溫下靜置48-50h，然后用去離子水和甲醇溶液反復(fù)清洗，得到棒狀ZnO/ZIF-8。

（4）將步驟3）的棒狀ZnO/ZIF-8及步驟2）中得到的棒狀ZnO放到氣敏測試儀中進(jìn)行氣敏性能測試，分別通入H₂、C₂H₅OH氣體，測試通入氣體前后兩種材料的測試基片的電阻變化，從而計(jì)算氣敏反應(yīng)的靈敏度。