一种用于气体检测分级多孔W18O49纳米片制备方法技术

一种用于气体检测的分级多孔W18O49纳米片的制备方法，步骤为：S1：先将嵌段共聚物微孔模板P123在强搅拌下分散在无水乙醇中，加入粒径在20‑50nm的炭球若干，继续搅拌，直至分散均匀；S2：以体积比1:0.1‑0.2的比例配制无水乙醇和去离子水的混合溶液，向其中加入钨源和表面活性剂CTAB，之后，将该混合溶液继续搅拌0.5小时以上；S3：将步骤S1中制备的混合模板剂缓慢添加到步骤S2中的前驱体溶液中，转入水热反应釜，在100‑140℃下反应10‑18h；反应结束后，对反应产物进行分离、洗涤、干燥；之后，将产物平铺在刚玉坩埚中，在空气气氛下升温对产物进行烧结，除去其中的模板剂，即可得产物。

A preparation method for graded porous W18O49 nanosheets for gas detection

【技术实现步骤摘要】
一种用于气体检测分级多孔W18O49纳米片制备方法
本专利技术涉及一种功能材料领域，具体是一种用于气体检测的材料制备及应用领域。
技术介绍
气敏材料是一类在工农业生产中具有重要价值的功能性材料，对其的评价指标常包括灵敏度、循环稳定性、选择性、响应性和重复性等。半导体金属氧化物作为气敏材料的一种具有巨大的潜力，其主要原理在于通过传感器材料表面气体分子的吸附-解吸和催化反应过程，实现气体分子与其表面的化学作用会导致导电率的变化，从而引起电学信号的变化，实现有害气体分子的检测。在众多的半导体金属氧化物中，研究较多的有氧化锌、氧化铁、氧化钛和氧化钨等，其中，氧化钨是一种重要的n-型半导体，常被用于多种气体的检测，如探测室内空气污染物，检测矿井中的有毒、易燃或爆炸性气体，其他应用还包括医学诊断，如对呼出丙酮的研究等。对于氧化钨的研究，研究者已经做出了相当大的努力。然而，传统的合成方法，如化学气相沉积，喷雾热解和沉淀反应，通常会产生具有缺陷结构、较小表面积的纳米颗粒，这样非常不利于气敏应用。软模板合成法以表面活性剂或两亲性嵌段共聚物为模板和成孔剂，并据此研制出具有不同成分的介孔材料。这种兼具多功能和灵活的超分子组合装置，使得该方法可以灵活有效地控制孔径、孔结构、孔连通性等。W18O49是一种新型的氧化钨纳米材料，具有独特的结构缺陷和形貌，在气敏、电致变色和红外吸收等领域具有巨大的应用潜力。如JianweiLiu等人在《NanoLetters》上发表的文章“ultrathinW18O49nanowireassembliesforelectrochromicdevices”公开了一种超细超长的W18O49纳米线的制备方法，并通过LB组装的方法得到单层薄膜并将其应用于电致变色传感器，实现了较好的效果。而顾凌军的论文“基于W18O49的表面增强拉曼散射性能与机理研究”，其通过水热法制备出W18O49并以此为基底研究其SERS性能，测试了不同浓度的R6G的SERS光谱，发现随着R6G浓度降低，增强因子逐渐提高，最终发现W18O49对R6G的检测极限浓度达到10-7M，说明W18O49作为基底对低浓度的R6G具有非常强的SERS作用。还比如陕西科技大学黄剑锋等人在专利文件CN109731580A中公开了一种W18O49/NF自支撑电催化材料，其通过将钨源加入混合醇中得溶液A；向溶液A中加入分析纯乙二胺和环庚胺得到溶液B；将溶液B倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，然后将泡沫镍放入含有溶液B的聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却至室温，将最终反应物用无水乙醇离心洗涤，对离心洗涤后的物质进行干燥得W18O49/NF自支撑电催化材料。截止目前，还很少有研究人员对W18O49纳米材料进行组织结构设计，从而将其应用于气体检测领域。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术的目的在于通过改变反应工艺，提出一种全新的合成路线，对W18O49纳米片的结构进行原始设计，以期将其应用于气体检测领域能够表现出较好的检测性能。对于半导体金属氧化物，氧化钨对于气体检测的主要原理也还是通过得失电子从而引起电阻变化的电阻型气敏材料。因此，增大气体分子在气敏材料中的传输速度和接触面积从而提高气敏响应性是一种可行的思路，为此，本专利技术依据该思路，特提出如下一种用于气体检测的分级多孔W18O49纳米片的制备方法，其主要包括以下步骤：S1：配制混合模板剂：先将嵌段共聚物微孔模板P123在强搅拌下分散在无水乙醇中，然后再加入粒径在20-50nm的炭球若干，继续进行搅拌，直至分散均匀；S2：配制W18O49纳米片的前驱体溶液：首先，以体积比1:0.1-0.2的比例配制无水乙醇和去离子水的混合溶液，然后再向其中加入钨源和表面活性剂CTAB，该表面活性剂的使用有利于控制纳米片的形成和分散，之后，将该混合溶液继续搅拌0.5小时以上；S3：分级多孔W18O49纳米片的制备：将步骤S1中制备的混合模板剂缓慢添加到步骤S2中的前驱体溶液中，然后转入水热反应釜，在100-140℃下反应10-18h；反应结束后，对反应产物进行常规的分离、洗涤、干燥；之后，经过研磨后的反应产物，平铺在刚玉坩埚中，然后在空气气氛下升温对产物进行烧结，除去其中的模板剂，即可得到具有分级多孔结构的W18O49纳米片。优选的，步骤S1中P123和炭球的质量比为0.01-0.2:1。优选的，步骤S1中搅拌时间为2-4h。优选的，步骤S2中钨源为钨的氯化物，优选为六氯化钨，若使用钨酸盐，我们在实验中发现制备的纳米片形貌很差，大多都是以块状等不规则形式存在，纳米片的形成与氯离子的刻蚀作用有密切关系。优选的，步骤S2中钨源和CTAB的质量比为1:0.5-0.8。优选的，步骤S3中升温程序为以1-3℃/min的升温速率升温至350-400℃并保温2-5h。优选的，本专利技术中的分级多孔结构是指W18O49纳米片具有介孔和微孔的孔道结构。优选的，本专利技术中的分级多孔W18O49纳米片可以用于气体检测领域。优选的，本专利技术中的分级多孔W18O49纳米片对乙醇气体具有很好的选择性，其检测下限可以达到20ppb。对于其他未明确说明的内容，都是本领域的常规技术手段，再此无需一一说明。气体测试的实验方法：在测验之前，将分级多孔W18O49纳米片样品研磨并分散在乙醇中形成糊状物，然后再涂覆在氧化铝管上。该装置在100℃下干燥2h。采用稳态气体分配法，测试气体使用乙醇、丙酮、二氧化氮和甲醇，被注入一个密闭小室并与空气混合。传感器的气体响应被定义为S=Rg/Ra，其中Ra和Rg分别是空气和测试气体中的传感器电阻。响应或恢复时间由传感器计算为施加或关闭气体后达到90%和10%饱和度和原始值的时间。所有气体传感测量均在湿度约为45%的空气环境中进行，实验室温度约为28℃。本专利技术具有以下有益技术效果：1）通过改变反应工艺，实现了分级多孔W18O49纳米片的成功制备；2）通过对W18O49纳米片的结构设计，使其对乙醇分子的检测具有优良的反应灵敏度；3）本专利技术得到的W18O49纳米片对乙醇分子的检测表现出很好的循环稳定性和检测极限，使得这种产物具有很好的市场价值。附图说明图1本专利技术制备的分级多孔W18O49纳米片对乙醇的检测响应线。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的内容。应当说明的是，具体实施实例并不用于限制本专利技术的范围，在无实质
技术实现思路
贡献的条件下，本领域技术人员的常规变换亦视为本专利技术的可实施范围，均在本专利技术要求的保护范围内。一种用于气体检测的分级多孔W18O49纳米片的制备方法，其主要包括以下步骤：S1：配制混合模板剂：先将嵌段共聚物微孔模板P123在强搅拌下分散在无水乙醇中，然后再加入粒径在20-50nm的炭球若干，继续进行搅拌，直至分散均匀；S2：配制W18O49纳米片的前驱体溶液：首先，以体积比1:0.1-0.2的比例配制无水乙醇和去离子水的混合溶液，然后再向其中加入钨源和表面活性剂CTAB，该表面活性剂的使用有利于控制纳米片的形成和分散，之后，将该混合溶液继续搅拌0.5小时以上；S3：分级多孔W18O49纳米片的制备：将步骤S1中制备的混合模板剂缓慢添加到步骤S2中的前驱体溶液中，然后转入水热反应釜，在100-140℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于气体检测分级多孔W18O49纳米片制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1：配制混合模板剂：先将嵌段共聚物微孔模板P123在强搅拌下分散在无水乙醇中，然后再加入粒径在20‑50nm的炭球若干，继续进行搅拌，直至分散均匀；S2：配制W18O49纳米片的前驱体溶液：首先，以体积比1:0.1‑0.2的比例配制无水乙醇和去离子水的混合溶液，然后再向其中加入钨源和表面活性剂CTAB，该表面活性剂的使用有利于控制纳米片的形成和分散，之后，将该混合溶液继续搅拌0.5小时以上；S3：分级多孔W18O49纳米片的制备：将步骤S1中制备的混合模板剂缓慢添加到步骤S2中的前驱体溶液中，然后转入水热反应釜，在100‑140℃下反应10‑18h；反应结束后，对反应产物进行常规的分离、洗涤、干燥；之后，经过研磨后的反应产物，平铺在刚玉坩埚中，然后在空气气氛下升温对产物进行烧结，除去其中的模板剂，即可得到具有分级多孔结构的W18O49纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种用于气体检测分级多孔W18O49纳米片制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1：配制混合模板剂：先将嵌段共聚物微孔模板P123在强搅拌下分散在无水乙醇中，然后再加入粒径在20-50nm的炭球若干，继续进行搅拌，直至分散均匀；S2：配制W18O49纳米片的前驱体溶液：首先，以体积比1:0.1-0.2的比例配制无水乙醇和去离子水的混合溶液，然后再向其中加入钨源和表面活性剂CTAB，该表面活性剂的使用有利于控制纳米片的形成和分散，之后，将该混合溶液继续搅拌0.5小时以上；S3：分级多孔W18O49纳米片的制备：将步骤S1中制备的混合模板剂缓慢添加到步骤S2中的前驱体溶液中，然后转入水热反应釜，在100-140℃下反应10-18h；反应结束后，对反应产物进行常规的分离、洗涤、干燥；之后，经过研磨后的反应产物，平铺在刚玉坩埚中，然后在空气气氛下升温对产物进行烧结，除去其中的模板剂，即可得到具有分级多孔结构的W18O49纳米片。2.根据权利要求1所述的一种用于气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王干，张亮，张红，
申请(专利权)人：王干，
类型：发明
国别省市：安徽,34