一种n-p异质型气敏材料及制备方法与流程

本发明涉及一种n-p异质型气敏材料及制备方法，具体涉及一种p型多孔片状nio负载n型纳米sno2气敏材料及制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

近年来，随着我国汽车保有量的快速增长，汽车尾气中产生大量的nox（主要是no2和no），将会严重影响空气质量，导致pm2.5飙升。针对日益突出大气环境污染问题，2016年1月1日国家正式施行《中华人民共和国大气污染防治法》。所以，防治大气污染，监控气体污染源具有高度紧迫性。目前，面向大气检测的商业化no2传感器主要是基于电化学原理，其结构复杂，价格昂贵，响应速度较慢。因此，发展针对no2等有毒有害气体的快速、高灵敏度、低浓度（ppb量级）检测技术具有重要意义。

nio是一种直接带隙宽禁带p型半导体纳米材料，室温下的禁带宽度为3.6ev~4.0ev之间，气敏传导机制为表面控制型。通常，提高nio半导体材料的气敏性能一般是调控材料的形貌、尺寸结构，如lin等比较了纳米线、纳米棒、纳米片和纳米球四种纳米结构对提高乙醇气体气敏性能的影响（mater.res.bull.48(2013)449-454.）；同时，通过将不同的金属氧化物进行复合，可以改善材料的能带结构，调节材料表面或界面的电子耗尽层（n型）或者空穴聚集层（p型），从而提高材料的气敏性能。如hur等用溶液法制备n-p型zno-cuo气敏材料（physicastatussolidi(a)2013,210(6),1213-1216.）；中国专利cn103115946b发明了一种n-p结型铁铜基氧化物气敏元件的制备方法及应用。由此可见，将n型和p型氧化物通过一定的技术组装构建异质型复合结构，为开发灵敏度高、选择性强的气敏材料提供了可能。多孔片状结构金属氧化物利用多孔片状结构比表面积大，对气体吸附能力强，增加化学反应的活性点这一特性，可以提高金属氧化物气敏材料对气体的敏感性。因此，对多孔片状p型半导体nio气敏材料进行n型负载可以进一步提高材料的灵敏度以及选择性。

技术实现要素：

针对目前纯的p型nio气敏材料在灵敏度以及选择性方面的不足，本发明设计一种n-p异质型气敏材料，该材料由n型纳米sno2负载在p型多孔片状nio上，该结构的气敏材料一方面通过多孔片状结构增加表面积以提高气敏性，另一方面通过调控n-p异质型界面电子传输以提高气敏材料针对特定气体的灵敏度以及选择性；同时，本发明提供了一种制备该n-p异质型气敏材料的方法。

本发明的一种n-p异质型气敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：：一、将一定量ni(no3)2•6h2o放入鼓泡搅拌釜中，加入环己烷、水、正己醇及十二烷基硫酸钠，在5~20℃水浴下搅拌充分溶解；二、从鼓泡搅拌釜的底部以10~50ml/min的速率通入co2鼓泡30min，然后逐滴加入2mol/l的naoh溶液，监测鼓泡搅拌釜中溶液ph为7时立即停止通入co2，继续加入naoh至ph=8~11；三、将以上溶液在一定的温度下陈化1～2h后，超声剥离30min；四、加入一定量的sncl4·5h2o并在50~80℃搅拌至粉末，然后放入马弗炉中500~700℃煅烧4~8h，得到n-p异质型气敏材料。

本发明优点：本发明所采用的方法原料来源广泛，价格低廉，而且化学制备手段简单；所获得的的n-p异质型sno2/nio气敏材料灵敏度高，选择性强。

附图说明

图1是实施列1制备n-p异质型气敏材料的tem图，证实气敏材料是n型纳米sno2负载在p型多孔片状nio上的结构。

具体实施方式

下面是结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

步骤为：

一、将4.85gni(no3)2•6h2o放入鼓泡搅拌釜中，加入环己烷、水、正己醇及十二烷基硫酸钠，在10℃水浴下搅拌充分溶解；二、从鼓泡搅拌釜的底部以30ml/min的速率通入co2鼓泡30min，然后逐滴加入2mol/l的naoh溶液，监测鼓泡搅拌釜中溶液ph为7时立即停止通入co2，继续加入naoh至ph=10；三、将以上溶液在20℃下陈化2h后，超声剥离30min；四、加入1.46gsncl4·5h2o并在60℃搅拌至粉末，然后放入马弗炉中600℃煅烧6h，得到n-p异质型气敏材料。

对实施例1所制备的样品进行xrd和tem表征，检测到sno2物相和nio物相，并发现纳米sno2负载在多孔片状nio结构；对实施例1所制备的样品在300℃下对5ppm的no的灵敏度为10.6，恢复时间为17s；对5ppm的no2的灵敏度为15.2，恢复时间为12s。

实施例2：

步骤为：

一、将4.85gni(no3)2•6h2o放入鼓泡搅拌釜中，加入环己烷、水、正己醇及十二烷基硫酸钠，在5℃水浴下搅拌充分溶解；二、从鼓泡搅拌釜的底部以10ml/min的速率通入co2鼓泡30min，然后逐滴加入2mol/l的naoh溶液，监测鼓泡搅拌釜中溶液ph为7时立即停止通入co2，继续加入naoh至ph=8；三、将以上溶液在20℃下陈化1h后，超声剥离30min；四、加入1.46gsncl4·5h2o并在80℃搅拌至粉末，然后放入马弗炉中700℃煅烧4h，得到n-p异质型气敏材料。

对实施例2所制备的样品进行xrd和tem表征，检测到sno2物相和nio物相，并发现纳米sno2负载在多孔片状nio结构；对实施例2所制备的样品在300℃下对5ppm的no的灵敏度为9.5，恢复时间为18s；对5ppm的no2的灵敏度为13.4，恢复时间为13s。

实施例3：

步骤为：

一、将4.85gni(no3)2•6h2o放入鼓泡搅拌釜中，加入环己烷、水、正己醇及十二烷基硫酸钠，在20℃水浴下搅拌充分溶解；二、从鼓泡搅拌釜的底部以50ml/min的速率通入co2鼓泡30min，然后逐滴加入2mol/l的naoh溶液，监测鼓泡搅拌釜中溶液ph为7时立即停止通入co2，继续加入naoh至ph=11；三、将以上溶液在15℃下陈化1.5h后，超声剥离30min；四、加入0.73gsncl4·5h2o并在50℃搅拌至粉末，然后放入马弗炉中400℃煅烧8h，得到n-p异质型气敏材料。

对实施例3所制备的样品进行xrd和tem表征，检测到sno2物相和nio物相，并发现纳米sno2负载在多孔片状nio结构；对实施例3所制备的样品在300℃下对5ppm的no的灵敏度为8.9，恢复时间为18s；对5ppm的no2的灵敏度为11.4，恢复时间为15s。

实施例4：

步骤为：

一、将4.85gni(no3)2•6h2o放入鼓泡搅拌釜中，加入环己烷、水、正己醇及十二烷基硫酸钠，在15℃水浴下搅拌充分溶解；二、从鼓泡搅拌釜的底部以40ml/min的速率通入co2鼓泡30min，然后逐滴加入2mol/l的naoh溶液，监测鼓泡搅拌釜中溶液ph为7时立即停止通入co2，继续加入naoh至ph=9；三、将以上溶液在15℃下陈化1.5h后，超声剥离30min；四、加入2.19gsncl4·5h2o并在60℃搅拌至粉末，然后放入马弗炉中500℃煅烧6h，得到n-p异质型气敏材料。

对实施例4所制备的样品进行xrd和tem表征，检测到sno2物相和nio物相，并发现纳米sno2负载在多孔片状nio结构；对实施例4所制备的样品在300℃下对5ppm的no的灵敏度为9.5，恢复时间为17s；对5ppm的no2的灵敏度为12.1，恢复时间为16s。