[發明專利]一種n-p異質型核殼結構氣敏材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810826207.2
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109085210B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 徐靖才;洪波;王新慶;金紅曉;彭曉領;金頂峰;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異質型核殼結構氣敏材料及制備方法，具體涉及一種p型納米Co₃O₄為核，n型納米SnO₂為殼的Co₃O₄@SnO₂核殼結構氣敏材料及制備方法。該發明的氣敏材料一方面避免了核層p型Co₃O₄直接暴露在空氣中導致的界面電子耗盡，另一方面利用殼層的n型SnO₂改善氣敏材料的能帶結構，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Co₃O₄@SnO₂核殼結構氣敏材料靈敏度高，選擇性強。

技術領域

本發明涉及氣敏材料領域，具體涉及一種n-p異質型核殼結構氣敏材料的制備方法。

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。

目前提高材料氣敏性能的方法主要有貴金屬敏化和制備多元復合材料。但貴金屬昂貴的價格和毒性限制了其商業化應用，金屬氧化物來源廣泛，價格低廉，而且化學制備手段簡單，結構剪裁更為豐富并可控。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Wang 等用化學法制備了n-p型SnO₂-Co₂O₃/Cr₂O₃氣敏材料（Solid.State.Electron, 2000, 44 (9), 1603-1607.）；Bekermann等用等離子電化學沉積制備n-p型ZnO-Co₃O₄氣敏材料（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4 (2), 928-934.）；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CN 103115946 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；中國專利CN 104020193 A公開了一種p-n結型ZnO-CoTiO3室溫氣敏薄膜的制備方法。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。然而，p型材料暴露在空氣中會導致的界面電子耗盡，降低材料的氣敏性，縮短氣敏材料的使用壽命。

發明內容

針對上述技術的不足，本發明設計一種n-p異質型核殼結構氣敏材料，該材料是由p型納米Co₃O₄ 為核，n型納米SnO₂為殼組成核殼結構的Co₃O₄@SnO₂復合材料，該結構復合材料應用于氣敏材料，一方面避免了核層p型Co₃O₄直接暴露在空氣中導致的界面電子耗盡，另一方面利用殼層的n型SnO₂改善氣敏材料的能帶結構，提高氣敏材料對氣體的敏感性。同時，本發明提供了一種制備該n-p異質型核殼結構氣敏材料的方法。