[發明專利]氧化銦-多酸復合氣體傳感材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011384811.8
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112578007A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 王天奇;姜彬;陳旭;田進梅;李丹;楊穎;董相廷;于文生;于輝;王婷婷
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;C01G15/00;C01G41/00;D01D5/00
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本發明提供一種氧化銦?多酸復合氣體傳感材料及其制備方法。所制備的多酸修飾氧化銦納米纖維新材料可用于半導體型氣體傳感器。該材料是以氧化銦(In₂O₃)納米纖維為主體，并用一種Keggin型磷鎢酸加以修飾所形成的氧化銦?多酸納米復合材料。在室溫環境中，該傳感器對有毒的甲醛氣體有明顯的傳感檢測性能。本發明提供的氧化銦?多酸復合材料制備方法簡單，成本很低，在室溫下就能有效地檢測空氣中低濃度的甲醛氣體，適用于新型高性能氣體傳感器的開發和生產。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器技術領域，涉及一種氧化銦-多酸復合氣體傳感材料及其制備方法。

背景技術

氣體傳感器是指將被測氣體濃度轉換為與其成一定關系的電量輸出的裝置或器件。它利用各種氣體的物理性能和化學性能將環境中的被監測的氣體的變化情況轉化為易處理的電信號，從而使人們能正確有效的控制和應用。是實現自動檢測和自動控制的首要環節。氧化銦是一種典型的金屬氧化物半導體氣敏材料，能檢測CO、NO₂、H₂S等有毒氣體和乙醇、丙酮、三乙胺、DMF等有機溶劑等。但是氧化銦作為半導體氣敏材料還存在著以下問題：

1、氧化銦材料中，在電子躍遷到導帶后，電子和空穴容易復合，從而影響電子的傳輸，導致氣體傳感檢測信號的減弱。

2、目前的商品氧化銦氣體傳感器往往要在高溫條件下才能擁有氣敏性能，而在室溫下性能很差，這不利于對被測氣體的實時監控。

如果通過引入其它化合物和氧化銦形成復合材料，進而提高在室溫下的氣體傳感性能，將會擴展氧化銦氣體傳感器的應用。

多金屬氧酸鹽(即多酸，Polyoxometalates，POMs)是一類多核配合物，至今有近二百年的發展歷史，已成為無機化學中的重要研究領域。多金屬氧酸鹽(簡稱多酸)是一類良好的電子接受體，可以通過捕獲半導體導帶的光生電子來抑制光生載流子的復合和促進光生載流子的遷移，有利于電子傳遞。因此，我們將多酸引入到氧化銦中形成半導體復合材料，從而明顯提高了氧化銦氣體傳感器的檢測性能。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種新型的氧化銦-多酸復合氣體傳感材料及其制備方法。其中氧化銦的形貌為納米纖維；多酸為一種Keggin型磷鎢酸，其化學式為：H₃[PW₁₂O₄₀]·nH₂O(結構見附圖1)。

本發明的目的之二是解決單純的氧化銦材料需要在高溫條件下才能應用于氣體傳感的難題，本發明所制備的材料可以在室溫條件下工作并且對甲醛氣體具有很好的傳感檢測性能。

本發明提供的氧化銦-多酸復合氣體傳感材料可通過如下方法制備：

通過靜電紡絲法制備了氧化銦-多酸復合納米纖維(形貌見附圖2)，由許多直徑約500納米的纖維組成，納米纖維表面具有粗糙粒子，為負載上的多酸顆粒，納米纖維直徑均一，纖維長度可達數微米。

通過刮涂法得到氧化銦-多酸復合膜，制備成氣敏元件。

(一)氧化銦-多酸復合納米纖維的制備：

首先在燒杯中加入一定量的DMF和乙醇混合溶劑，在攪拌下緩慢加入一定量的硝酸銦，加入后持續攪拌，待硝酸銦完全溶解后，再緩慢加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮，經一段時間攪拌后，聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，溶液呈透明。然后向溶液中緩慢加入一定量的磷鎢酸，持續長時間攪拌后，形成均一透明的混合溶液作為靜電紡絲的前驅體溶液。