[發(fā)明專利]刺蓋花狀六方晶相氧化鋅/氧化鎢異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料、合成方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011627096.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN112499667B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏少紅;楊峻;邱春生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津城建大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G9/02
• 分類號(hào): C01G9/02;C01G41/02;G01N27/00
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 楊海霞

本發(fā)明涉及一種六方晶相刺蓋花狀ZnO/WO₃異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料的合成方法：1）將二水合鎢酸鈉水溶液的pH值調(diào)至1.0?1.5，然后加入結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，混勻；2）將步驟1）所得混合物于160℃?200℃條件下水熱反應(yīng)10?16小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心、洗滌、干燥即得。該材料結(jié)構(gòu)新穎，由(001)晶面暴露的六方晶相WO₃與六方晶相ZnO棒狀結(jié)構(gòu)單元組成，異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)及特殊暴露晶面有效改善了三氧化鎢基體材料對(duì)NO₂氣體的氣敏特性，所制氣敏元件對(duì)NO₂具有靈敏度高，響應(yīng)?恢復(fù)迅速，選擇性突出，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有很強(qiáng)的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣敏材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種刺蓋花狀六方晶系ZnO/WO₃異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料、合成方法以及在檢測(cè)NO₂方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的二氧化氮(NO₂)氣體被排放到了空氣中，不僅會(huì)引起光化學(xué)煙霧和酸雨等環(huán)境問題，還會(huì)直接損害人類的健康。長(zhǎng)時(shí)間接觸NO₂會(huì)導(dǎo)致肺水腫、肺部纖維化等呼吸系統(tǒng)疾病, 因而NO₂的檢測(cè)也越來越受到重視。因此，開發(fā)具有優(yōu)良性能的新型氣敏材料，減少對(duì)人類健康和自然環(huán)境的危害，是一項(xiàng)十分有意義的工作。

目前，氧化鎢(WO₃)因鎢離子價(jià)態(tài)可變，導(dǎo)致其氧含量與氧缺陷隨著環(huán)境因素變化而變化，使得其對(duì)NO₂具有較好的靈敏度，被認(rèn)為是最有前途的NO₂傳感材料之一。但是在實(shí)際使用中仍存在響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、選擇性較差，穩(wěn)定性不足等問題，從而使得其在實(shí)際應(yīng)用中受到很大限制。氣敏材料的組份調(diào)控和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直是獲得高品質(zhì)氣體傳感器的關(guān)鍵，基于此，本發(fā)明開發(fā)了一種刺蓋花狀ZnO/WO₃異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料，由于具備異質(zhì)效應(yīng)、特殊晶面暴露及多級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，該材料對(duì)NO₂響應(yīng)迅速，穩(wěn)定性好，選擇性突出，有效改善了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種新穎的刺蓋花狀六方晶系ZnO/WO₃多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料，該材料改善了三氧化鎢基體材料對(duì)NO₂氣體的氣敏特性，所制氣敏元件對(duì)NO₂具有靈敏度高，響應(yīng)-恢復(fù)迅速，選擇性突出，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有很強(qiáng)的實(shí)用性。

本發(fā)明還提供了上述刺蓋花狀ZnO/WO₃異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料的合成方法及應(yīng)用，該方法以鋅摻雜源為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的重要組成，為異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)材料的合成提供了新思路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種具有特定暴露晶面的刺蓋花狀ZnO/WO₃異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料的合成方法，其以可溶性鎢酸鹽為原料，以水為溶劑，利用鋅摻雜源和表面活性劑組成的多組分結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑輔助水熱法合成獲得，具體包括如下步驟：

1）將二水合鎢酸鈉水溶液的pH值調(diào)至1.0-1.5，然后加入結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，混勻；

2）將步驟1）所得混合物于160℃-200℃條件下水熱合成反應(yīng)10-16小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束自然冷卻后經(jīng)離心、洗滌、干燥即得到終產(chǎn)物 (001)晶面暴露的刺蓋花狀六方晶相ZnO/WO₃異質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)氣敏材料。

具體的，步驟1）中，二水合鎢酸鈉水溶液的濃度為0.3-0.6mol.L^-1，

進(jìn)一步的，步驟1）中，所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑由質(zhì)量比0.1-0.4g : 3.7-4.3g: 0.8-1.7g的二水合醋酸鋅、硫酸銨和草酸組成，其中二水合醋酸鋅既是摻雜物ZnO來源，又是結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的重要組成。二水合鎢酸鈉與結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑中二水合醋酸鋅的摩爾比為：7.5-9.5:1。