氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法，用于解决现有方法制备的多级氧化铁/氧化镍复合材料灵敏度低的技术问题。技术方案是以氧化锌纳米棒为模板，在一定比例的N,N?二甲基甲酰胺与水的混合溶剂中，在水热条件下通过化学反应制得氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料。对多种易挥发性有机物蒸汽测试结果表明，本发明方法制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对甲醛气体具有良好的灵敏度和选择性，其对100ppm甲醛气体灵敏度由【背景技术】的6提高到10～12.5；同时，气敏元件对甲醛气体的选择性由【背景技术】的1.7提高到3～4，说明对甲醛气体的单一选择性显著提升。
【专利说明】
氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种氧化锌/沸石咪卩坐多孔结构纳米材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]现代社会的高速发展使得人们对于工业生产及自身居住环境的安全性要求越来越高，特别是对威胁人类安全的有毒、有害气体的检测和治理提出了很高的要求。甲醛气体作为一种室内装修产生的常见有害气体，对于人们的身体健康构成了严重的威胁，那么开发出实用的检测甲醛气体的气敏传感器的意义不言而喻。因此，气体传感器的敏感材料也一直是当前研究的重点，其中对特定气体选择性单一的气敏传感器材料的研究是迫切需要解决的问题。氧化锌作为一种常用的半导体气敏材料，但其对甲醛等有害气体的选择性较低，而沸石咪唑类多孔结构材料具有不同的尺寸孔隙，对于过滤不同大小气体分子有很好的效果。因此，将氧化锌与多孔性材料复合制备的纳米材料对于提高气敏材料的选择性是一条有效的途径。
[0003]al.Hierarchicala-Fe203/Ni0 composites with ahollow structure for a gas sensor.ACS Applied Materials&Interfaces ,2014,6,12031-12037.”报道了采用水热合成法首先制备多级氧化镍材料，然后将氧化铁颗粒复合在氧化镍上形成多级氧化铁/氧化镍复合材料，并对多种易挥发性有机物蒸汽进行了检测。结果显示对于室内主要污染物甲醛气体，在10ppm的浓度时，其灵敏度仅为6，与氧化锌基气敏传感器相比灵敏度较低;此外，相对于乙醇其对甲醛的选择性为1.7，选择性不高可能会导致气敏传感器的干扰信号产生或者发生错误的警报。
【发明内容】
[0004]为了克服现有方法制备的多级氧化铁/氧化镍复合材料灵敏度低的不足，本发明提供一种氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法。该方法以氧化锌纳米棒为模板，在一定比例的N，N-二甲基甲酰胺与水的混合溶剂中，在水热条件下通过化学反应制得氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料。对多种易挥发性有机物蒸汽测试结果表明，本发明方法制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对甲醛气体具有良好的灵敏度和选择性，其对10ppm甲醛气体灵敏度由【背景技术】的6提高到10?12.5;同时，气敏元件对甲醛气体的选择性由【背景技术】的1.7提高到3?4，说明对甲醛气体的单一选择性显著提升。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法，其特点是包括以下步骤:
[0006]步骤一、将六水硝酸锌和氢氧化钠按摩尔比1:6?1:10溶解在蒸馏水中形成摩尔浓度为1.67?1.7711101/1的溶液，将所得溶液转移至高压反应釜密封在100?180°(:加热反应6?18h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中50?70 °C烘干6?I Oh，得到氧化锌纳米棒；
[0007]步骤二、将步骤一制得的氧化锌纳米棒与2-甲基咪唑按摩尔比1:6?1:10溶解在N，N-二甲基甲酰胺与水按体积比为2:1?4:1的混合溶液中形成摩尔浓度为2.2?2.33mol/L的溶液，将所得溶液转移至高压反应釜密封在60?80 °C加热反应12?36h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液PH值为中性，所得产物置于烘箱中50?70°C烘干6?I Oh，得到氧化锌/沸石咪卩坐多孔结构纳米材料。
[0008]本发明的有益效果是:该方法以氧化锌纳米棒为模板，在一定比例的N，N_二甲基甲酰胺与水的混合溶剂中，在水热条件下通过化学反应制得氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料。对多种易挥发性有机物蒸汽测试结果表明，本发明方法制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对甲醛气体具有良好的灵敏度和选择性，其对10ppm甲醛气体灵敏度由【背景技术】的6提高到10?12.5;同时，气敏元件对甲醛气体的选择性由【背景技术】的1.7提高到3?4，说明对甲醛气体的单一选择性显著提升。
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例1?3所制备氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的X射线衍射图谱。
[0011]图2是本发明实施例2所制备氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的高角度环形暗场扫描透射电镜图片。
[0012]图3是本发明实施例2所制备氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料与氧化锌纳米材料的氮气吸附曲线。
[0013]图4是本发明实施例1?3所制备氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的气敏元件暴露在10ppm甲醛气体中的灵敏度和选择性对比图。图4(a)是灵敏度对比图；图4(b)是选择性对比图。
【具体实施方式】
[0014]以下实施例参照图1?4。
[0015]实施例1:
[0016]步骤一、将0.0076mol六水硝酸锌和0.0456mol氢氧化钠按摩尔比1:6溶解在蒸馏水中形成摩尔浓度为1.77mol/L的溶液，并将所得溶液转移至高压反应釜密封在100 °C加热反应18h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中50 °C烘干I Oh，反应制得氧化锌纳米棒；
[0017]步骤二、将步骤一制得的0.0ImoI氧化锌纳米棒与0.06moI 2_甲基咪卩坐按摩尔比I: 6溶解在N，N-二甲基甲酰胺与水按体积比为2:1的混合溶液中形成摩尔浓度为2.33mol/L的溶液，并将所得溶液转移至高压反应釜密封在60°C加热反应36h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液PH值为中性，所得产物置于烘箱中50°C烘干10h，反应制得氧化锌/沸石咪卩坐多孔结构纳米材料。
[0018]从图1(a)的X射线衍射图谱可以看出实施例1制备的样品为沸石咪唑结构与氧化锌的复合相。经气敏性能测试，从图4(a)可以看出实施例1制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对10ppm甲醛气体灵敏度由【背景技术】的6提高到10。从图4(b)可以看出相对于乙醇气体，实施例1制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对甲醛气体的选择性由【背景技术】的1.7提高到3。
[0019]实施例2:
[0020]步骤一、将0.0076mol六水硝酸锌和0.0608mol氢氧化钠按摩尔比1:8溶解在蒸馏水中形成摩尔浓度为1.7 Imo 1/L的溶液，并将所得溶液转移至高压反应釜密封在140 V加热反应12h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中60 0C烘干8h，反应制得氧化锌纳米棒；
[0021 ] 步骤二、将步骤一制得的0.0lmol氧化锌纳米棒与0.08mol 2-甲基咪卩坐按摩尔比I: 8溶解在N，N-二甲基甲酰胺与水按体积比为3:1的混合溶液中形成摩尔浓度为2.25mol/L的溶液，并将所得溶液转移至高压反应釜密封在70 0C加热反应24h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液PH值为中性，所得产物置于烘箱中60°C烘干8h，反应制得氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料。
[0022]从图1(b)的X射线衍射图谱可以看出实施例2制备的样品为沸石咪唑结构与氧化锌的复合相。从图2可以看出实施例2制备的材料为氧化锌纳米棒的内核以及包覆在其表面的沸石咪唑结构材料组成，两种材料的组成原子不同、密度不同，在高角度环形暗场扫描透射电镜下会显示界面清晰的明暗区域。从图3可以看出实施例2制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料为I型氮气吸附曲线，氧化锌纳米材料为IV型氮气吸附曲线，说明氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料具有微孔材料的显著特征。经气敏性能测试，从图4(a)可以看出实施例2制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对10ppm甲醛气体灵敏度由【背景技术】的6提高到12.5;同时，从图4(b)可以看出实施例2制备材料气敏元件对甲醛气体的选择性由【背景技术】的1.7提高到4，说明对甲醛气体的单一选择性显著提升。
[0023]实施例3:
[0024]步骤一、将0.0076mol六水硝酸锌和0.076mol氢氧化钠按摩尔比1:10溶解在蒸馏水中形成摩尔浓度为1.67mol/L的溶液，并将所得溶液转移至高压反应釜密封在180 °C加热反应6h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中70 °C烘干6h，反应制得氧化锌纳米棒；
[0025]步骤二、将步骤一制得的0.0lmol氧化锌纳米棒与0.1mol 2_甲基咪卩坐按摩尔比1:10溶解在N，N-二甲基甲酰胺与水按体积比为4:1的混合溶液中形成摩尔浓度为2.2mol/L的溶液，并将所得溶液转移至高压反应釜密封在80°C加热反应12h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液PH值为中性，所得产物置于烘箱中70°C烘干6h，反应制得氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料。
[0026]从图1(c)的X射线衍射图谱可以看出实施例3制备的样品为沸石咪唑结构与氧化锌的复合相。经气敏性能测试，从图4(a)可以看出实施例3制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对10ppm甲醛气体灵敏度由【背景技术】的6提高到11。从图4(b)可以看出相对于乙醇气体，实施例3制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料对甲醛气体的选择性由【背景技术】的1.7提高到3.4。
[0027]本发明提供了一种氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法，具体为自模板法制备氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料。该方法制备的氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料具有良好的气敏性能，特别是对甲醛气体的灵敏度和选择性有显著提高。因此本发明氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法为提高气敏材料对特定气体的选择性提供了新方法。
【主权项】
1.一种氧化锌/沸石咪唑多孔结构纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤:步骤一、将六水硝酸锌和氢氧化钠按摩尔比1:6?1:10溶解在蒸馈水中形成摩尔浓度为1.67?1.77mol/L的溶液，将所得溶液转移至高压反应釜密封在100?180 °C加热反应6?18h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中50?70 °C烘干6?I Oh，得到氧化锌纳米棒； 步骤二、将步骤一制得的氧化锌纳米棒与2-甲基咪唑按摩尔比1:6?1:10溶解在N，N-二甲基甲酰胺与水按体积比为2:1?4:1的混合溶液中形成摩尔浓度为2.2?2.33mol/L的溶液，将所得溶液转移至高压反应釜密封在60?80 °C加热反应12?36h，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复洗涤离心至溶液pH值为中性，所得产物置于烘箱中50?70°C烘干6?10h，得到氧化锌/沸石咪卩坐多孔结构纳米材料。
【文档编号】G01N33/00GK105842397SQ201610160840
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】樊慧庆, 田海林, 马龙涛, 方佳文
【申请人】西北工业大学