[發明專利]一種n-p異質型氣敏材料及制備方法

有效

• 申請號: 201810818069.3
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN109085208B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 金愷樂;徐靖才;王新慶;洪波;王攀峰;彭曉領;金紅曉;葛洪良
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種n?p異質型氣敏材料及制備方法，具體涉及一種p型多孔片狀NiO負載n型納米SnO₂氣敏材料及制備方法。該發明的氣敏材料一方面通過多孔片狀結構增加表面積以提高氣敏性，另一方面通過調控n?p異質型界面電子傳輸以提高氣敏材料針對特定氣體的靈敏度以及選擇性。本發明所采用的方法原料來源廣泛，價格低廉，而且化學制備手段簡單；所獲得的的n?p異質型SnO₂/NiO氣敏材料靈敏度高，選擇性強。

技術領域

本發明涉及一種n-p異質型氣敏材料及制備方法，具體涉及一種p型多孔片狀NiO負載n型納米SnO₂氣敏材料及制備方法，屬于材料制備領域。

背景技術

近年來，隨著我國汽車保有量的快速增長，汽車尾氣中產生大量的NOx（主要是NO₂和NO），將會嚴重影響空氣質量，導致PM2.5飆升。針對日益突出大氣環境污染問題，2016年1月1日國家正式施行《中華人民共和國大氣污染防治法》。所以，防治大氣污染，監控氣體污染源具有高度緊迫性。目前，面向大氣檢測的商業化NO₂傳感器主要是基于電化學原理，其結構復雜，價格昂貴，響應速度較慢。因此，發展針對NO₂等有毒有害氣體的快速、高靈敏度、低濃度（ppb量級）檢測技術具有重要意義。

NiO是一種直接帶隙寬禁帶p型半導體納米材料，室溫下的禁帶寬度為3.6eV~4.0eV之間，氣敏傳導機制為表面控制型。通常，提高NiO半導體材料的氣敏性能一般是調控材料的形貌、尺寸結構，如Lin等比較了納米線、納米棒、納米片和納米球四種納米結構對提高乙醇氣體氣敏性能的影響（Mater. Res. Bull. 48 (2013) 449-454.）；同時，通過將不同的金屬氧化物進行復合，可以改善材料的能帶結構，調節材料表面或界面的電子耗盡層（n型）或者空穴聚集層（p型），從而提高材料的氣敏性能。如Hur等用溶液法制備n-p型ZnO-CuO氣敏材料（Physica Status Solidi (a) 2013, 210 (6), 1213-1216.）；中國專利CN103115946 B 發明了一種n-p結型鐵銅基氧化物氣敏元件的制備方法及應用。由此可見，將n型和p型氧化物通過一定的技術組裝構建異質型復合結構，為開發靈敏度高、選擇性強的氣敏材料提供了可能。多孔片狀結構金屬氧化物利用多孔片狀結構比表面積大，對氣體吸附能力強，增加化學反應的活性點這一特性，可以提高金屬氧化物氣敏材料對氣體的敏感性。因此，對多孔片狀p型半導體NiO氣敏材料進行n型負載可以進一步提高材料的靈敏度以及選擇性。

發明內容

針對目前純的p型NiO氣敏材料在靈敏度以及選擇性方面的不足，本發明設計一種n-p異質型氣敏材料，該材料由n型納米SnO₂負載在p型多孔片狀NiO 上，該結構的氣敏材料一方面通過多孔片狀結構增加表面積以提高氣敏性，另一方面通過調控n-p異質型界面電子傳輸以提高氣敏材料針對特定氣體的靈敏度以及選擇性；同時，本發明提供了一種制備該n-p異質型氣敏材料的方法。

本發明的一種n-p異質型氣敏材料的制備方法，具體包括以下步驟：：一、將一定量Ni(NO₃)₂?6 H₂O放入鼓泡攪拌釜中，加入環己烷、水、正己醇及十二烷基硫酸鈉，在5~20℃水浴下攪拌充分溶解；二、從鼓泡攪拌釜的底部以10~50 ml/min的速率通入CO₂鼓泡30 min，然后逐滴加入2 mol/L的NaOH溶液，監測鼓泡攪拌釜中溶液pH為7時立即停止通入CO₂，繼續加入NaOH至pH=8~11；三、將以上溶液在一定的溫度下陳化1～2 h后，超聲剝離30 min；四、加入一定量的SnCl₄·5H₂O并在50~80℃攪拌至粉末，然后放入馬弗爐中500~700℃煅燒4~8h，得到n-p異質型氣敏材料。