一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法技术

一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法是以五水合四氯化锡、N，N‑二甲基甲酰胺、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮、碳酸铵、四水氯金酸，苯胺、盐酸、过硫酸铵为原材料，依次包括二氧化锡多孔纳米管的制备、氢等离子处理、Au纳米粒子的负载、SnO2/Au/PANI的制备等步骤。本发明专利技术通过静电纺丝和高温烧结可以获得结晶度良好的多孔SnO2纳米管，在氢等离子体处理后的样品中将产生大量的氧空位，有效提高气体传感灵敏度，室温下对氨气100ppm浓度气体传感灵敏度为17.32，在40ppm浓度下的灵敏度为10.33，材料整体性能好，本发明专利技术可有效的锚定氧空位，还可对近红外光响应，提升气体传感性能，同时本发明专利技术还可以有效降低气体响应温度，实现室温下的气体传感性能。

Preparation of a Near Infrared Enhanced Room Temperature Gas Sensing Material

【技术实现步骤摘要】
一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法。
技术介绍
现场检测对环境和人体健康构成威胁的气体已引起越来越多的关注。在过去的几十年里，基于金属氧化物半导体的气体传感器因其优异的传感性能，甚至在恶劣的环境中也得到了广泛的研究。其中，二氧化锡(SnO2)作为一种n型半导体，以其优异的光电性能、优异的热稳定性(熔点为1127℃)、化学惰性、低成本、无毒等优点被证明具有良好的气体传感前景。SnO2气体传感器的传感机理是基于传感器在不同目标气体中的电子传输。当SnO2暴露在空气中时，电子会从其导电带转移到被吸收的氧中，从而在SnO2表面产生大量的氧(O2-、O-或O2-)。同时，在SnO2表面形成一层电子耗竭的表面层，导致电导率下降。在还原气体(如乙醇、氢和甲醇)时，目标气体将与这些氧发生反应，将电子释放回SnO2表面，导致传感器电导率增加。在氧化性气体中，更多的电子被吸收的气体捕获，进一步降低了传感器的电导率。然而，在实际应用中，SnO2传感材料的最佳工作温度是400℃左右，在室温下的性能很差，因此，对于很多气体的实际检测显得并不适用，迫切需要提高其在室温下的检测性能。目前提高室温传感性能的主要途径就是将无机材料与有机高分子材料进行复合，如PI、PVA、PANI等，这些复合可以有效提高无机材料在室温下的传感性能，但是由于有机高分子材料的特性，使得其对于被检测气体的脱附困难，造成了检测回复时间长，影响了材料的整体性能。氧空位存在于许多n型氧化物半导体材料中，并通过提供非常活泼的表面位置而在其光电应用中发挥重要作用。基于氧化物半导体材料的气体传感是一种氧化物表面与目标气体分子之间的表面相互作用过程。氢等离子体处理可使材料表面产生氧空位。但是氧空位容易与表面氧和水等反应，从而失去效力，因此，如何使固定氧空位并一直发挥作用是亟待解决的难题之一。综上，目前室温气体传感材料的制备依然存在被检测气体的脱附困难，造成了检测回复时间长，影响了材料的整体性能；另一方面，室温气体传感材料的氧空位容易与表面氧和水等反应，从而失去效力等技术问题亟需解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法。本专利技术的目的是通过如下技术措施实现的：一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法，其特征在于，它是以五水合四氯化锡、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、碳酸铵、四水氯金酸，苯胺、盐酸、过硫酸铵为原材料，依次包括二氧化锡多孔纳米管的制备、氢等离子处理、Au纳米粒子的负载、SnO2/Au/PANI的制备等步骤。进一步，所述二氧化锡多孔纳米管的制备是将五水合四氯化锡、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇置于锥形瓶中，搅拌至完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）搅拌8~15h，得到均匀混合的溶胶前驱液，然后将溶胶前驱液进行高压静电成型，采用注射泵以及8号针头，将高压静电设为12~18KV，温度设为50~70℃，得到溶胶纤维，然后将溶胶纤维置于温度设为70~90℃的烘箱，烘干2~4h，取出，然后将溶胶纤维放入马弗炉中，以4℃/min速率升温至500~650℃下焙烧2~3h，即得到二氧化锡多孔纳米管。进一步，上述五水合四氯化锡、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量比为0.33~0.37:2.0~2.4:2.0~2.4:0.3~0.5。进一步，上述氢等离子处理是将上述制得的二氧化锡多孔纳米管置于氢等离子管式感应炉中，氢气流速设置为10~50ml/min，氢气纯度为99.99%，功率设置为80~150W的条件下进行等离子处理，处理时间为10~30min，即得到含氧空位的二氧化锡多孔纳米管。进一步，上述Au纳米粒子的负载是将二氧化锡悬浮在去离子水中，加入的1M的碳酸铵溶液搅拌，然后逐滴加入0.4M的四水氯金酸水溶液，继续搅拌0.5~2h，用去离子水洗涤3~5次后干燥，干燥温度60~80℃，干燥4~6h，干燥结束置于温度200~350℃下煅烧2~4h，然后通入体积比为5：95的H2和N2的混合气体，即可得到Au负载的氧化锡；其中，所述二氧化锡与去离子水的质量体积比为0.5~1:30~50，单位g/ml；所述去离子水、碳酸铵溶液、四水氯金酸水溶液的体积比为30~50:25~50:20~30。进一步，上述SnO2/Au/PANI的制备是将苯胺和的Au-SnO2样品一起加入1MHCl溶液中，超声波处理30~40分钟，形成溶液（1）；同时，将过硫酸铵和盐酸混合搅拌30分钟，并在冰浴中预冷，形成溶液（2）；然后将溶液（2）倒入溶液（1）中，得到需要的材料；其中，所述Au负载的氧化锡与苯酚溶液的质量比为1:0.1~0.4，所述苯胺溶液、盐酸溶液体积比为0.1~0.4:10~30；所述溶液（2）中过硫酸铵的盐酸溶液的浓度为13mmol/L~20mmol/L，所述溶液（1）与溶液（2）的体积比为1~3:10~15。本专利技术的有益效果在于：本专利技术一种近红外增强室温气体传感材料，通过静电纺丝和高温烧结可以获得结晶度良好的多孔SnO2纳米管，在氢等离子体处理后的样品中将产生大量的氧空位，有效提高气体传感灵敏度，室温下对氨气100ppm浓度气体传感灵敏度为17.32，在40ppm浓度下的灵敏度为10.33，材料整体性能好，本专利技术可有效的锚定氧空位，使之不会被空气的氧化性气体氧化，还可以对近红外光响应，提升气体传感性能，同时本专利技术还可以有效降低气体响应温度，实现室温下的气体传感性能。附图说明图1是实施例1制备的原始SnO2纳米管以及SnO2/Au/PANI样品的XRD图。图2是实施例1制备的SnO2/Au/PANI的SEM图（高倍）。图3是实施例1制备的SnO2/Au/PANI的SEM图（低倍）。图4是实施例1制备的SnO2/Au/PANI的TEM图（低倍×50000）。图5是实施例1制备的SnO2/Au/PANI的TEM图（高倍×500000）。图6是实施例1制备的SnO2/Au/PANI的XPS图（O1s）。图7是实施例1制备的SnO2和SnO2/Au/PANI在室温下气敏性能图。图8是实施例1制备的SnO2/Au/PANI对不同气体的选择性性能图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。实施例1一种含氧空位的氧化锡多孔纳米管的制备，按如下步骤进行：（1）称取五水氯化锡0.35g、N，N-二甲基甲酰胺2.2g、乙醇2.2g加入锥形瓶中搅拌溶解，再取0.4gPVP加入其中，搅拌12h，配置好前驱体。（2）取前驱液置于高压静电纺丝成型设备中，利用高压静电成型技术进行合成，前驱体溶液装入注射泵，针头0.8mm，将高压静电设为16KV，温度设为60℃，得到溶胶纤维；将收集到的纤维置于温度设为80℃的烘箱，烘干3h；最后将纤维放入马弗炉，以4℃/min速率升温，在600℃下焙烧3h，得到二氧化锡多孔纳米管。（3）将二氧化锡多孔纳米管置于氢等离子管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法，其特征在于，它是以五水合四氯化锡、N，N‑二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、碳酸铵、四水氯金酸，苯胺、盐酸、过硫酸铵为原材料，依次包括二氧化锡多孔纳米管的制备、氢等离子处理、Au纳米粒子的负载、SnO2/Au/PANI的制备等步骤。

【技术特征摘要】
1.一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法，其特征在于，它是以五水合四氯化锡、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、碳酸铵、四水氯金酸，苯胺、盐酸、过硫酸铵为原材料，依次包括二氧化锡多孔纳米管的制备、氢等离子处理、Au纳米粒子的负载、SnO2/Au/PANI的制备等步骤。2.如权利要求1所述的一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法，其特征在于，所述二氧化锡多孔纳米管的制备是将五水合四氯化锡、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇置于锥形瓶中，搅拌至完全溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）搅拌8~15h，得到均匀混合的溶胶前驱液，然后将溶胶前驱液进行高压静电成型，采用注射泵以及8号针头，将高压静电设为12~18KV，温度设为50~70℃，得到溶胶纤维，然后将溶胶纤维置于温度设为70~90℃的烘箱，烘干2~4h，取出，然后将溶胶纤维放入马弗炉中，以4℃/min速率升温至500~650℃下焙烧2~3h，即得到二氧化锡多孔纳米管。3.如权利要求2所述的一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法，其特征在于，上述五水合四氯化锡、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的质量比为0.33~0.37:2.0~2.4:2.0~2.4:0.3~0.5。4.如权利要求3所述的一种近红外增强室温气体传感材料的制备方法，其特征在于，上述氢等离子处理是将上述制得的二氧化锡多孔纳米管置于氢等离子管式感应炉中，氢气流速设置为10~50ml/min，氢气纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，孟丹丹，李艳艳，赵小奇，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61