[發明專利]一種NiO中空納米球的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202011248165.2
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112357978B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 劉立紅;楊銘;歷亳;孫晶;陳利強;朱明霞
• 申請（專利權）人: 黑河學院
• 主分類號: C01G53/04
• 分類號: C01G53/04;B82Y40/00;G01N27/12
• 代理公司: 成都領航高智知識產權代理有限公司 51285
• 代理人: 王斌

本發明公開了一種NiO中空納米球的制備方法，通過生物質果膠為軟模板，與乙酸鎳發生自交聯反應以及后續燒結步驟，制備了由納米粒子組裝的粒徑約為40～60nm的NiO中空納米球。該材料不僅結構穩定，并具有優異的H₂S氣敏性能，工作溫度低，對50ppm的靈敏度為175.9，H₂S氣敏性能遠優于已經報道的很多H₂S氣體傳感器。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器領域，具體涉及一種NiO中空納米球、制備方法及其應用，尤其是一種具有多級結構的NiO中空納米球在H₂S傳感器中的應用。

背景技術

H₂S是一種有毒、危險且易燃的氣體，具有明顯的臭雞蛋氣味。它通常產生在地下室、下水道和沙井等通風不良的封閉場所；也可能存在于原油、天然氣、溫泉中；除此之外，H₂S還是石油精煉、牛皮紙造紙廠、煤氣化爐、廢物管理等70多種工業和制造業的副產品。當含硫有機化合物和蛋白質被微生物分解時，它就會被釋放出來。此外，H₂S可通過呼吸進入人體，與人體內的氧化酶、蛋白、氨基酸中的二硫鍵(-S-S-)作用，影響細胞色素的氧化反應，造成細胞缺氧而危及生命。因此，開發一種具有高靈敏度、高選擇性、低檢測限和低工作溫度等特點的高性能H₂S氣體傳感器，對有效保護人類健康具有重要的意義。

具有大的比表面積可以提供對氣體較強的吸附能力以及更多的活性點位，高孔隙率可以為氣體提供更多的擴散通道，適當的粒子間距離可以提供較高的電子傳輸效率。而空心多級結構的納米材料具有低密度、大比表面積、高孔隙率以及良好的粒子間連接等獨有的結構特點，恰好能夠滿足上述要求。其中空心結構擁有中空的內腔和薄的殼層，因此具備低密度和大比表面積的優勢；多級結構提供了適當的粒子間距離，粒子既相互連接又保持不團聚，因此具備高孔隙率和良好的粒子間連接的優勢。但是目前多級中空結構的合成方法通常涉及到復雜的模板路線，步驟繁瑣、中間不可控因素過多，大大增加了合成難度和成本，從而嚴重限制了它的應用。NiO材料由于具有極佳的物理和化學穩定性而成為最具應用前景的H₂S敏感材料之一。因此，開發新的NiO中空球H₂S氣敏材料的合成方法將有很大的實用意義和價值。

目前，比較常見的合成類似的空心的NiO微納米結構的方法主要有以合成的MOF為前驅體經熱分解得到空心NiO以及以ps球為模板法、溶劑熱法等合成。以MOF為前驅體以及模板和溶劑熱法雖然能有效的形成空心結構，但合成需要經過前驅體的合成、前驅體的刻蝕、熱解等幾個步驟，步驟繁瑣復雜大大增加了合成難度和成本；同時現有的合成方法合成的NiO空心球的尺寸較大，形成的表面比較致密，從而大大降低了產物的比表面積。對于敏感材料來說，較大的比表面積意味著可以提供更多的活性位點和更優異的敏感性能。因此，現有的合成方法在合成性能優異的NiO敏材料方面都有所欠缺。

發明內容

本發明的目的在于針對目前多級中空結構的合成方法通常涉及到復雜的模板路線，步驟繁瑣、中間不可控因素過多等現有技術的不足之處，提供一種應用生物質果膠為碳源和軟模板，在室溫條件下，果膠與乙酸鎳發生自交聯反應以及后續燒結步驟，制備了由納米粒子組裝的粒徑約為40～60nm的NiO中空納米球。

本發明首先提供一種NiO中空納米球的制備方法，包括如下步驟：

S1：制備鎳離子凝膠微球：將果膠溶液逐滴加入鎳離子溶液中，離心、水洗后，冷凍干燥；

S2：制備NiO中空納米球：將鎳離子凝膠微球在N₂氣氛下碳化，最后在纖維爐中焙燒。

優選的，所述S1步驟中果膠溶液的濃度為0.1～1wt％。

更進一步的，所述S1步驟中果膠溶液的濃度為0.3wt％。

優選的，所述S1步驟中果膠溶液的制備方法為：在室溫條件下，將果膠溶于水中激烈的攪拌5～10h。