一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用，首先用二水合氯化亚锡和氢氧化钠作为原料，经过搅拌、陈化、过滤、洗涤和干燥步骤，得到纳米片状碱式氯化亚锡前躯物；再将纳米片状碱式氯化亚锡前躯物在高温下焙烧，得到多孔片状SnO

【技术实现步骤摘要】
一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，人类社会已经进入信息时代。在信息材料领域，传感器作为获取信息最直接有效的工具之一，其发展也相当迅猛。气体传感器一般由敏感元件和转换元件组成，能够检测出气体的成分及其浓度，并将相关的信息转化成可输出的信号，从而实现对有害气体的检测、报警作用。气体传感器在工业生产控制、家庭生活安全、食品工业、医疗检测、环境保护和公共安全等方面都有十分重要的应用。二氧化锡(SnO2)是一种重要的宽带隙n型半导体材料，其禁带宽度Eg＝3.6eV，是一种重要的功能材料。而纳米尺度的SnO2材料因其具有特殊的光电特性和良好的机械、催化、光敏、气敏性能而受到极大的关注，在气敏元器件、储氢材料、透明光电极、太阳能电池等方面有着广阔的应用价值。因此，对SnO2纳米材料的制备和性质的研究始终是当今科研界的热点课题。目前，有研究表明，设计合成具有多孔结构、大比表面积的氧化物半导体，是提高敏感材料性能的有效途径。二氧化锡对气体的敏感响应机理属于表面吸附控制型机制，即工作温度下的二氧化锡敏感膜在洁净的空气(氧化性气氛)会吸附氧分子，与材料中的电子结合转化成氧负离子(O-和O2-)，在纳米晶的晶界处形成势垒，该势垒能阻碍电子在电场作用下的定向移动，使之不易穿过势垒，从而导致敏感膜电导降低；当传感器处于还原性待测气体气氛中，还原性待测气体分子与敏感膜上吸附的氧负离子发生催化氧化反应，使得氧负离子上的电子释放出来，并转移到纳米晶上，使纳米晶晶界势垒降低，从而增加了敏感膜的电导，通过测量敏感膜电导的变化实现对气体的探测。因此，二氧化锡气体传感器对气体响应的灵敏度和选择性与二氧化锡敏感材料的微结构及其制备方法密切相关。为了提高气体传感器的灵敏度、选择性和响应速度，目前业内研究者所做的研究工作主要集中在以下几个方面：①使材料颗粒尽可能细小，最好制成纳米材料或分级纳米材料，增大材料的比表面积，提高传感器的灵敏度；②将气敏材料制成薄膜，以便增大与气体的接触面积，提高传感器的灵敏度；③掺入贵金属元素或稀土元素，进一步提高传感器的灵敏度和选择性。现有技术中多是采用溶胶凝胶法或者水热法来制备重金属掺杂的二氧化锡纳米材料，这些方法制备的复合材料虽然对气体传感器的性能均有一定提高，但是无法调控二氧化锡本身的微结构，如何调控二氧化锡微结构，设计合成贵金属修饰的二氧化锡复合材料，进一步提高传感器的敏感性能，仍需不断探索。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料及其制备方法和应用。通过调控二氧化锡的微纳结构，并对其进行贵金属纳米颗粒修饰，提高其气敏特性。本专利技术采取的技术方案为：一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：A、混合工序：将氯化亚锡溶液和氢氧化钠溶液升温至一定温度后，混合搅拌，得到乳白色悬浊溶液；将乳白色悬浊溶液恒温静置陈化结晶得到白色沉淀物，将白色沉淀物过滤、洗涤、干燥，得到微纳米片状碱式氯化亚锡前躯物；B、煅烧工序：将微纳米片状碱式氯化亚锡前躯物在空气氛围中焙烧，再自然冷却至室温，得到多孔片状二氧化锡微纳米粉体；C、修饰工序：将多孔片状二氧化锡微纳米粉体超声分散在氯金酸溶液中，得到灰色悬浊液；将灰色悬浊液升温至一定温度后，在搅拌下加入柠檬酸钠溶溶液，继续搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥得到暗红色的金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料。进一步地，步骤A中，所述氯化亚锡溶液通过将二水合氯化亚锡溶解在乙二醇和水的混合溶液中得到；所述乙二醇和水的体积之比为1：5～25；所述二水合氯化亚锡在混合溶液中的浓度为0.1～0.5mol/L。步骤A中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.2～3.0mol/L；氢氧化钠与氯化亚锡的摩尔比为1：1～3。步骤A中，所述升温至一定温度指的是升温至30～80℃；所述混合搅拌的转速为50～300转/分钟，搅拌时间3～10分钟；所述恒温静置陈化的时间为8～48小时，温度为30～80℃。步骤B中，所述焙烧温度为350～800℃，焙烧时间为0.5～6小时。步骤C中，所述多孔片状二氧化锡微纳米粉体相对于氯金酸溶液的浓度为0.02～0.4M；氯金酸与多孔片状二氧化锡微纳米粉体的摩尔比为1～8：100；柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为4～15：1。步骤C中，所述氯金酸溶液的浓度为0.0002～0.032M；所述柠檬酸钠溶液的浓度为0.0008～0.48M。步骤C中，所述升温至一定温度指的是升温至70～99℃；所述搅拌反应的转速为50～300转/分钟，搅拌反应时间为15～60分钟。本专利技术还提供了根据所述的制备方法制备得到的金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料。本专利技术还提供了所述金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料作为气体传感器的应用，其对乙醇、丙酮、正丁醇等有机挥发性气体具有很高的敏感响应性，且稳定性好。本专利技术公开的制备方法中，利用易于制备的微纳米片状碱式氯化亚锡(Sn4(OH)6Cl2)为前驱物，通过在空气氛围中焙烧，使碱式氯化亚锡分解氧化成二氧化锡、水和氯化氢，反应产物水和氯化氢气体容易在焙烧过程中挥发除去，所以高温焙烧后，直接获得多孔片状二氧化锡微纳米粉体；再将多孔片状二氧化锡分散在氯金酸溶液中，在一定的温度下加入柠檬酸钠作为还原剂，制备出金修饰多孔片状二氧化锡复合材料。反应过程中所涉及的化学反应式表示如下：4SnCl2+6NaOH→Sn4(OH)6Cl2↓+6NaClSn4(OH)6Cl2+2O2→4SnO2+2HCl↑+2H2O↑本专利技术通过控制反应的温度和原料的用量，得到微纳米片状碱式氯化亚锡粉体，其属于正交晶系，且结晶度高，产品质量好；控制其在空气中的焙烧温度，可得到多孔片状SnO2微纳米粉体；再通过控制氯金酸和柠檬酸钠的用量及反应温度的条件下，得到暗红色的Au修饰多孔SnO2微米片粉体，其比表面积大(35-85m2/g)，纯度高，产品质量好，并对空气中的有机挥发性气体具有很高的灵敏响应性。本专利技术制备的金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料有利于开拓二氧化锡材料独特的性能和应用，也有助于其它新的纳米结构器件的开发和应用。本专利技术相对于现有技术具有工艺简单、成本低廉的优点，制成电阻型气体传感器的灵敏度高。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出优点：1.所制得的Au修饰多孔SnO2微纳米片纯度高，不含有其他形貌，孔径分布均匀；2.所制得的Au修饰多孔SnO2微纳米片比表面积大(35-85m2/g)；3.所制得的Au修饰多孔SnO2微纳米片性能稳定，在空气中结构稳定，性能稳定；4.生产工艺简单，对设备要求低，不需要微波和反应釜等条件，原料易得，费用低，可进行批量生产。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/nA、混合工序：将氯化亚锡溶液和氢氧化钠溶液升温至一定温度后，混合搅拌，得到乳白色悬浊溶液；将乳白色悬浊溶液恒温静置陈化得到白色沉淀物，将白色沉淀物过滤、洗涤、干燥，得到微纳米片状碱式氯化亚锡前躯物；/nB、煅烧工序：将微纳米片状碱式氯化亚锡前躯物在空气氛围中焙烧，再自然冷却至室温，得到多孔片状二氧化锡微纳米粉体；/nC、修饰工序：将多孔片状二氧化锡微纳米粉体超声分散在氯金酸溶液中，得到灰色悬浊液；将灰色悬浊液升温至一定温度后，在搅拌下加入柠檬酸钠溶溶液，继续搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥得到暗红色的金修饰多孔二氧化锡纳米片复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种金修饰多孔二氧化锡微纳米片复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
A、混合工序：将氯化亚锡溶液和氢氧化钠溶液升温至一定温度后，混合搅拌，得到乳白色悬浊溶液；将乳白色悬浊溶液恒温静置陈化得到白色沉淀物，将白色沉淀物过滤、洗涤、干燥，得到微纳米片状碱式氯化亚锡前躯物；
B、煅烧工序：将微纳米片状碱式氯化亚锡前躯物在空气氛围中焙烧，再自然冷却至室温，得到多孔片状二氧化锡微纳米粉体；
C、修饰工序：将多孔片状二氧化锡微纳米粉体超声分散在氯金酸溶液中，得到灰色悬浊液；将灰色悬浊液升温至一定温度后，在搅拌下加入柠檬酸钠溶溶液，继续搅拌反应后，经过滤、洗涤、干燥得到暗红色的金修饰多孔二氧化锡纳米片复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述氯化亚锡溶液通过将二水合氯化亚锡溶解在乙二醇和水的混合溶液中得到；所述乙二醇和水的体积之比为1：5～25；所述二水合氯化亚锡在混合溶液中的浓度为0.1～0.5mol/L。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.2～3.0mol/L；氢氧化钠与氯化亚锡的摩尔比为1：1～3。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤A中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晓晶，赵敬娟，黄家锐，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34