[發明專利]一種氣敏傳感器材料硒化鉍/氯氧化鉍復合物及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110053508.8
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112897476B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 黃曉;戴杰
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04;C01G29/00;G01N27/12;B82Y30/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發明公開了一種氣敏傳感器材料硒化鉍/氯氧化鉍復合物及其制備方法和應用，屬于氣體傳感技術領域。首先以五水硝酸鉍和氯化鈉為原料，通過水熱法制得氯氧化鉍納米片；再通過熱注射的方法在氯氧化鉍納米片表面生長硒化鉍納米島，得到硒化鉍/氯氧化鉍納米片復合材料；將復合物的乙醇溶液旋涂在金交叉電極上，金交叉電極表面僅露出兩端電極，其余部位被復合物覆蓋，制得可以檢測二氧化氮氣體的二氧化氮氣體傳感器。

技術領域

本發明涉及氣體傳感領域，具體涉及硒化鉍/氯氧化鉍復合材料作為活性材料的制備以及基于該復合材料的二氧化氮氣體傳感器的制備與檢測方法。

背景技術

在現代社會中，對低濃度氣體分子的快速檢測在環境監測、排放控制、軍事和公共安全、食品安全、醫療診斷、室內空氣質量控制等領域有著極其重要的地位。因此，開發低功率、高性能的氣體傳感器來檢測和監測包括有害氣體、濕度和呼吸等在內的各種氣體和蒸汽已經變得至關重要。二氧化氮氣體是一種來源于高溫燃燒的有毒空氣污染物，主要被排放于汽車尾氣與工廠廢氣等，嚴格監測空氣二氧化氮含量對環境的治理和保護具有重要意義。

鉍基層狀化合物是一類受到廣泛關注的層狀材料，其由于具有能帶可調、載流子的遷移率高和光激發過程中的電荷分離和傳輸效率高等優點而被廣泛應用于太陽能電池、熱電和光電轉換器等領域。BiOCl 材料作為研究最為廣泛的鉍基層狀材料之一，已在醫學，光電，催化，光催化以及傳感器等領域應用廣泛。Bi2Se3作為一種典型的二維鉍基拓撲絕緣體受到學者們的深入研究，其在光響應、響應時間、電流響應能力和外部量子效率等方面都有極為優越的表現。

通過構建傳感材料異質結提高氣體傳感器的性能是目前提高氣體傳感器性能的主要方式之一。當兩種不同的材料耦合在一起時會在界面處形成異質結，而當其被應用于氣體傳感時，目標氣體在異質界面處或附近的吸附和擴散通過改變異質結能級對載流子輸運進行調控，使得傳感器響應提高。目前基于導體和半導體的多種氣體傳感器已受到廣泛研究，研究較為成熟的基于金屬氧化物的氣體傳感器大多需要在高溫環境下工作，而已報道的鉍基材料二氧化氮傳感器檢測限較高且室溫下靈敏度較低，而基于鉍基半導體/超導體材料的氣體傳感器尚未被研究報道，本發明制備的基于硒化鉍/氯氧化鉍復合材料的氣體傳感器具有室溫下12ppb的理論檢測限，且表現出優異的靈敏度，氣敏表現處于目前研究的氣體傳感材料前列。

發明內容

本發明目的在于探究基于硒化鉍/氯氧化鉍納米片復合材料在二氧化氮氣體傳感器中的應用。本發明在溶液中通過熱注入法制備得到硒化鉍/氯氧化鉍納米片復合材料，將這些復合材料的溶液旋涂在金交叉電極上，可以制備氣體傳感器，并用來檢測二氧化氮。

為解決本發明的技術問題，提出的技術方案為：一種氣敏傳感器材料硒化鉍/氯氧化鉍復合物的制備方法，具體步驟如下；

(1)將1mmol五水硝酸鉍和0.4g聚乙烯吡咯烷酮(Mw＝10000) 放入裝有25mL 0.1M甘露醇溶液(0.455g)的50mL圓底燒瓶中；將混合物攪拌并超聲，直至五水硝酸鉍全部溶解，然后逐滴滴入5ml 飽和氯化鈉溶液，溶液由透明澄清變為均勻的白色懸浮液；

(2)將溶液轉移到25mL聚四氟乙烯內膽里并置于不銹鋼高壓釜中，放入預先加熱到160℃的烘箱中，反應3h；

(3)反應結束后，取出反應釜冷卻到室溫，以6000轉/分鐘的轉速離心5分鐘取下層，再以同樣的轉速用去離子水和乙醇分別清洗兩次以去除反應殘留的雜質，制得氯氧化鉍納米片；

(4)在室溫下將0.3mmol的氯氧化鉍加到裝有10mL油胺的容積為100mL的三頸燒瓶中；然后，將三頸燒瓶置于油浴鍋中，升溫至 120℃后抽真空以除去水和氧氣并以600轉/分鐘的轉速持續攪拌；5 分鐘后，向三頸燒瓶中通入氬氣；將0.5mmol硒粉加入到由1ml油胺和0.5ml正十二硫醇組成的混合溶劑中，振蕩至形成均勻的硒分散液并注射到三頸燒瓶內；將所得混合物在一定溫度下攪拌3h后，冷卻至室溫；