[發(fā)明專利]一種甲醛氣體敏感的SnO2

在審

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• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111170357A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 趙鶴云;趙燕平;李成
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: C01G19/02
• 分類號: C01G19/02;C01B32/184;G01N27/00
• 代理公司: 成都市鼎宏恒業(yè)知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51248
• 代理人: 謝敏

本發(fā)明涉及一種甲醛氣體敏感的SnO₂納米棒陣列/還原氧化石墨烯復合納米材料的制備及應用，該材料的制備方法中所使用的原料包括：Na₂SnO₃·4H₂O、無水乙醇和水。該制備方法步驟為：(1)還原氧化石墨烯基底上晶種的形成；(2)配制水熱合成前驅體反應溶液；(3)將裝有前驅體溶液的聚四氟乙烯內襯放入微型反應釜中反應；(4)用去離子水和無水乙醇反復清洗反應沉積產物，將清洗后的樣品分離、烘干，即制得。本發(fā)明的原材料錫酸納(Na₂SnO₃·4H₂O)、溶劑無水乙醇與水的比例和晶種導向的處理技術，均具備不可替代性。本發(fā)明的材料可用作氣體敏感材料，特別針對甲醛氣體，表現(xiàn)出高靈敏的突出顯著效果。

技術領域

本發(fā)明涉及一種SnO₂納米棒陣列/還原氧化石墨烯復合納米材料的制備技術與用作氣體敏感材料制作氣體傳感器，表現(xiàn)對甲醛氣體十分敏感的特性，屬氣體傳感技術領域。

背景技術

甲醛是一種常見的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，被廣泛應用于化學、生物技術及醫(yī)藥等領域。目前甲醛的年產量達幾千萬噸，并且其需求量還在源源不斷地增長。然而，長期超標接觸甲醛對人體會產生極大且不可逆的傷害。它的毒性主要體現(xiàn)在強烈刺激眼睛和皮膚、引發(fā)呼吸功能障礙和肝臟中毒性病變，甚至致胎兒畸形。此外相關研究表明甲醛的遺傳毒性和致突變性是引發(fā)癌癥(包括肺癌、白血病和鼻咽癌等)的因素之一。世界衛(wèi)生組織規(guī)定：半個小時內人體可持續(xù)接觸甲醛的最高允許濃度為80ppb。因此，實時監(jiān)測大氣中的甲醛濃度對人體健康及環(huán)境保護具有重要意義。

納米材料的結構很大程度上影響材料的物理化學性質，而其幾何形態(tài)和理化屬性從根本上決定了其實際應用領域。隨著材料維度的降低和結構特征尺寸的減小，一維納米材料(納米棒、納米線和納米管等)因呈現(xiàn)出新奇獨特的光、電、磁和熱等物理化學特性，在光學、電子學、磁學、催化及傳感器等領域應用廣泛。近年來，一維納米材料成為人們的研究熱點之一，其制備方法也是多種多樣。然而這些一維納米材料取向隨意、排列無序，以致不能發(fā)揮其優(yōu)勢構建納米器件。由納米棒等一維納米材料為基本結構單元構筑成納米有序陣列結構，其表現(xiàn)出來的性質不僅能反映單一一維納米結構所具有的獨特性質，而且還可以反映納米陣列結構的協(xié)同效應，可滿足納米器件設計的實際要求。當將一維納米結構有序陣列用于氣敏傳感器時，該結構可以有效地提高載流子遷移率，增加與氣體的接觸面積，增強對氣體的吸附能力及反應活性，從而提高其氣體敏感性能。因此，如何以納米棒等一維納米材料為基本結構單元去設計制備具有一定的空間構架的各種新穎的三維(3D)納米有序陣列結構顯得重要而又艱難。

由于存在多種結構形態(tài)和具有一系列優(yōu)異的力學、熱力學、電學及光學等性質，各種結構各異的碳材料(石墨烯、碳納米管和石墨炔等)一直備受矚目。自2004年英國曼徹斯特大學的科學家Andre Geim和Konstantin Novoselov發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，其獲得了研究領域前所未有的青睞，迅速成為材料科學、化學及物理等領域的研究熱點之一。石墨烯是導電性能異常出色的材料，同時還是一種優(yōu)良的吸附劑，歸因于其表面積較大、孔結構較豐富、表面吸附性以及化學穩(wěn)定性較強，將石墨烯或是以石墨烯為基底的納米材料作為吸附傳感介質用在氣體處理方面具有很大的優(yōu)越性。另外，石墨烯的約翰遜噪聲非常低，載流子濃度微小的改變將會導致電導率的顯著變化，使得石墨烯基氣敏傳感器的靈敏度非常高。石墨烯及其衍生物如還原氧化石墨烯、氧化石墨烯的這些結構與物理化學特性的表現(xiàn)，有助于激發(fā)與特定氣體分子的物理化學的反應，在氣體吸附、氣體氧化催化、電子輸運等方面有較好的表現(xiàn)，可以促進材料與特定氣體分子的敏感性反應，從而提高對氣體的敏感性能。然而，盡管石墨烯及其衍生物具有很多杰出的性能，但因其層與層之間存在較強的范德華力和靜電力等，使得其在溶液或固相時很容易團聚，這給石墨烯及其衍生物的進一步研究和應用造成了極大的困難。