一种立方体组成的分级结构氧化铟微球的制备方法与流程

本发明涉及一种立方体组成的分级结构氧化铟微球的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺技术领域。

背景技术：

目前气体探测分析的主要工具有气相色谱、红外气体分析仪等比较大型的仪器，但这些仪器普遍存在的问题有价格高昂、搬运不便、不易进行现场监测等，因此需要研发出性能优越、成本低廉的气体探测材料，并且制造出可对某些特定气体进行随时检测，具有便携式、高性能特性的气敏传感器。由于半导体金属氧化物气体传感器具有较高的灵敏度、较快的响应恢复时间、电路及操作简单、价格低廉等众多优点，而被广泛的应用到医疗、航空、居家生活、气体排放检测等各个领域。半导体氧化物气敏传感器的研究与开发至今已有一段很长时间的历史了，其中研究重点为提高它们的灵敏性能，尤其是灵敏度和选择性。In₂O₃是一种新型的气敏材料，目前已有一些研究人员做了有关In₂O₃用作气敏材料的研究。在气体的检测方法中，由于电阻式半导体气敏传感器具有气体适用范围广、灵敏度高、价格低廉、制作简单等优点而具有十分重要的地位。In₂O₃作为一种新型的气敏材料，与SnO₂、ZnO、Fe₂O₃等传统气敏材料对比，具有的优点有：禁带宽度较宽、电阻率小和比较高的催化活性等。In₂O₃气敏传感器可以应用于易燃易爆、有毒有害气体的检测、警报和环境质量的实时监控等领域。

In₂O₃材料的形貌和结构是影响其气敏性能的主要因素，许多科研人员致力于在制备过程中控制它的形貌和结构，或者是开发新结构来实现性能的提高。在过去的几年中，分级材料尤其是微/纳米结构受到了广泛的关注，主要是因其潜在的在光学、电子、磁学、仿生学以及催化的应用方面的优良性质。作为重要的分级材料，不同形貌的In₂O₃ 微/纳米结构这些年来也有不少发展。Jiang et al.报道了通过水热法并结合InOOH前驱体的退火工艺来合成分级In₂O₃微球。近年来，三维分级结构逐渐成为气敏材料研究领域的热点，具有分级结构的氧化物纳米材料将具有高的表面积和规则排列的不易发生团聚的纳米孔结构，因而被认为是非常有前景的气敏材料。我国对于In₂O₃材料的研究和加工方面还处于初级阶段，In₂O₃基纳米研究主要集中在最近十年，因此还有许多问题需要深入地研究。因此，探索高性能In₂O₃基功能材料是一个仍需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种立方体组成的分级结构氧化铟微球的制备方法。具有成本低，生产工艺简单，产率高，无环境污染，易于工业化大规模生产的特点。所得立方体组成的分级结构氧化铟气敏材料的灵敏度得到大幅提高，可用于气体传感器等领域。实现本发明目的的技术方案是：一种立方体组成的分级结构氧化铟微球的制备方法，其特征在于：以氯化铟和乙酰胺为原料，以柠檬酸酸为表面活性剂，经水热反应、煅烧处理，得到由立方体组成的具有分级结构的氧化铟微球。本方法生产工艺简单，成本比较低，所得氧化铟可作为气敏材料，由于具有分级结构，材料可获得高灵敏度。本方法生产工艺简单，所得氧化铟气敏材料具有分级结构，从而获得高灵敏度的新型气敏材料。具体合成步骤如下：

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.02-0.05 mol/L，乙酰胺的浓度为0.02-0.08 mol/L，柠檬酸的浓度为0.02-0.05 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:(1.5-2.5)，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为1:(1-1.5)；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在170-220℃温度下，进行水热反应8-24小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400-550℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。

附图说明

图1为立方体组成的分级结构氧化铟微球的XRD图谱。

图2为立方体组成的分级结构氧化铟微球的SEM图。

图3为立方体组成的分级结构氧化铟微球FESEM图。

图4为立方体组成的分级结构氧化铟微球的TG-DSC图谱。

图5为最佳工作电压下立方体组成的分级结构氧化铟气敏元件对10-500ppm的甲醛气体的灵敏度曲线图。

图6为最佳工作电压下立方体组成的分级结构氧化铟气敏元件的响应恢复曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.02 mol/L，乙酰胺的浓度为0.02 mol/L，柠檬酸的浓度为0.02 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:1，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为1:1；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在170 ℃温度下，进行水热反应8小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。

实施例2

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.025 mol/L，乙酰胺的浓度为0.05 mol/L，柠檬酸的浓度为0.025 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:2，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为1:1；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应16小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。

实施例3

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.025 mol/L，乙酰胺的浓度为0.05 mol/L，柠檬酸的浓度为0.025 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:2，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为1:1；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应24小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。

实施例4

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.05 mol/L，乙酰胺的浓度为0.05 mol/L，柠檬酸的浓度为0.025 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:1，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为2:1；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180 ℃温度下，进行水热反应24小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。

实施例5

（1）称取一定量的氯化铟、乙酰胺和柠檬酸，溶于去离子水中，其中氯化铟的浓度为0.025 mol/L，乙酰胺的浓度为0.05 mol/L，柠檬酸的浓度为0.025 mol/L，且控制氯化铟与乙酰胺的摩尔比为1:2，氯化铟和柠檬酸的摩尔比为1:1；

（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在200 ℃温度下，进行水热反应24小时，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；

（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥24小时，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400℃下热处理3小时，得到具有分级结构的氧化铟粉体。