[發明專利]一種ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110830337.5
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113735159B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 陳玉放;朱子凡;靳燾;曹立久;王鑫琦;胡旭琪
• 申請（專利權）人: 中科院廣州化學有限公司
• 主分類號: C01G9/03
• 分類號: C01G9/03;C01B19/04;G01N27/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運貞

本發明公開了一種ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料及其制備方法與應用，所述的制備方法包括將ZIF?8燒蝕得到的ZnO微米粒子與ZnSe粒子按質量比1～3:1混合，然后在惰性氣體中燒結的步驟。本發明的ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料對丙酮的選擇響應特性遠超出對乙醇、甲醛、甲醇、甲苯、苯乙烯、冰乙酸和氨水的響應速度；325℃時，本發明的ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料對10ppm丙酮的響應時間為51s，恢復時間為11s；本發明的ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料對丙酮的選擇響應特性十分突出。

技術領域

本發明屬于半導體功能材料與化學傳感器技術領域，具體涉及一種ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料及其制備方法與應用。

背景技術

無機氧化物半導體氣敏響應材料是化學傳感器技術的核心，其中ZnO晶體是一種寬禁帶的n型半導體材料，具有較突出的廣譜氣敏響應特性，而受到長期廣泛的關注。特別是通過對ZnO的結構修飾與結構再建，可實現其響應器件在靈敏度和穩定性等的改善和增強，成為ZnO類型氣體選擇響應材料發展的一個重要方向。例如，采用旋涂鍍膜法制備用于甲醛檢測的ZnO量子點薄膜；采用水熱法在SiO₂/Si襯底上生長ZnO納米管陣列，用于對CO的氣敏性檢測；采用原子沉積(ALD)工藝結合聚合物模板法，制備對O₂有良好氣敏響應的納米ZnO中空纖維；采用靜電紡絲技術結合化學氣相沉積方法，在ZnO納米纖維表面，制備出生長SnO₂納米線，形成一維樹狀的ZnO-SnO₂異質結構，用于NO₂的響應；采用在ZnO表面沉積Pd的方法，制得了對H₂良好響應氣敏材料；通過離子交換法，制備了對正丙醇具有良好響應的ZnO@NiO異質結結構，都是通過對ZnO晶體的結構再建，實現對不同氣體的選擇響應性。

ZnO類氣敏響應材料及器件發展的另一重要方向，是對特定氣體的高氣敏選擇響應性以及其他氣體的抗干擾性。例如采用噴霧熱解法在玻璃襯底上制備了對丙酮具有氣敏響應的沉積ZnO薄膜，以此薄膜制備的氣敏器件的最佳工作溫度275℃；在Al₂O₃襯底上采用絲印或噴霧打印技術，結合水熱處理方法構造了ZnO薄膜，用于丙酮的氣敏響應性檢測；采用熱解法制備出Al摻雜的ZnO薄膜，對丙酮氣體的靈敏度和選擇性得到顯著提高；構造的花朵結構形貌的La₂O₃摻雜ZnO材料，對丙酮具有顯著靈敏度和響應速度。

上述基于ZnO金屬氧化物半導體的基本性質，通過摻雜、構建異質結等方式來提高ZnO的化學響應性能的研究工作，盡管已經取得了較好的進展，但仍然不能滿足實際應用環境下對化學氣體的實時監測要求，尤其是針對特定氣體的穩定選擇響應方面還存在較多不足。

丙酮是一種易揮發、易燃、易爆危險化學品，在化工、制藥、樹脂合成、涂裝、塑料、日化、機械及國防工業等領域被廣泛用作基礎化工原料、溶劑、稀釋劑、清洗劑和萃取劑等，是化工生產及相關應用場景中必須實時監控的重點目標物之一。同時，丙酮也普遍存在于自然界，如在植物的松脂、柑橘、茶油等的精油中，動物的組織、體液以及其代謝產物中，都有丙酮的存在。在健康的成年人呼氣中的最高丙酮含量可達0.8ppm，而糖尿病患者呼氣中的丙酮含量則可高達1.8ppm，據此可以進行醫學輔助快速診斷等。

針對丙酮的檢測分析，如質譜法、固相微萃取、石英晶體微天平傳感器等方法，普遍存在著測試周期長、成本高、選擇性及便攜性差等問題。相對而言，丙酮化學傳感器技術具有實時、在線的優點，特別是具有高靈敏度、響應速度、穩定性與抗干擾性的優勢，能夠有效實現對丙酮氣體快速、便捷及高效監測的要求。然而目前尚未見有ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種ZnO/ZnSe異質結結構的丙酮選擇性響應材料的制備方法。