本发明专利技术公开了SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料及其制备方法与应用，以Hummers法制备氧化石墨烯（GO）和表面控制型半导体敏感材料为基础，采用溶剂热、氧化刻蚀、高温退火等方法获得了氧化锡/氧化镍/还原氧化石墨烯纳米筛（SnO2/NiO/HrGO）三元复合材料，通过对石墨烯与金属氧化物的三元复合与结构调控成功克服了单一石墨烯及金属氧化物气体传感器尚存的气敏响应低、工作温度高等缺点，实现了对NO2的高响应室温检测，对多元复合材料的设计、制备及NO2气敏测试有很好的指导作用。气敏测试有很好的指导作用。气敏测试有很好的指导作用。
【技术实现步骤摘要】
一种SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料及其制备方法与应用
[0001]本专利技术属于气敏材料技术，具体涉及一种SnO2/NiO/石墨烯三元三维复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]由于环境污染加剧以及生产生活需要，设计制备出灵敏度高、响应速度快、稳定性好、便携、成本低的气体传感器是一个重要课题。气敏材料决定着传感器质量，是传感器研究的关键。其中，石墨烯因其极高的电子迁移率、较大的比表面积而广受关注。然而，石墨烯敏感材料存在响应灵敏度偏低、响应慢及选择性差等瓶颈。通常，将石墨烯与金属氧化物复合形成异质结构，是解决该问题的有效途径之一。为了满足实际NO2传感器的低检测限、低功耗、高灵敏度等要求，可以从设计不同的新型结构这一策略出发提高气体传感性能。作为常识，单一石墨烯或金属氧化物气体传感器存在气敏响应低、工作温度高等缺点，常通过石墨烯与金属氧化物复合来改善，现有复合气敏材料的气敏响应性能还需提升。
技术实现思路
[0003]本专利技术通过MnO2在酸性条件下对GO的刻蚀制得氧化石墨烯纳米筛HGO，并获得了SnO2/NiO/HrGO三元复合材料，该材料展现出优异的NO2气敏特性。通过AFM测试，对比了GO与HGO的形貌结构，HGO除了具有多孔结构外，片径也比GO稍小。参照SnO2/NiO/rGO，对SnO2/NiO/HrGO采用了同样的的测试及表征方法。在室温条件下，SnO2/NiO/HrGO三元复合材料对1 ppm的NO2的响应为23.4%，明显比现有复合传感器件提高很多。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：一种SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料，包括纳米SnO2、纳米NiO以及多孔石墨烯；具体的，将纳米SnO2、纳米NiO、氧化石墨烯纳米筛混合后研磨、煅烧，得到SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料。
[0005]一种气体传感器件，包括叉指电极以及气敏材料，所述气敏材料为上述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料；作为常识，还包括引线、底座等，本专利技术的创造性在于以上述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料为气敏材料，其他用于器件的元件都为现有产品。
[0006]本专利技术中，将纳米NiO溶液、氧化石墨烯纳米筛溶液、纳米SnO2溶液搅拌混合后离心处理，收集沉淀干燥、研磨，然后煅烧，得到SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料。优选的，将纳米NiO溶液、氧化石墨烯纳米筛溶液依次加入纳米SnO2溶液中，搅拌混合后离心处理，收集沉淀干燥、研磨，然后煅烧，得到SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料。纳米SnO2、纳米NiO、氧化石墨烯纳米筛的质量比为（1～20）∶（1～20）∶1，优选为（2～10）∶（2～5）∶1，再优选为（5～10）∶2∶1，比如10:2:1、5: 2:1。煅烧为空气中，180～220℃加热1.5～3小时。
[0007]本专利技术中，将高锰酸钾与氧化石墨烯溶液混合，然后微波加热，在经过盐酸处理，得到氧化石墨烯纳米筛；微波加热的功率为500～1000W，时间为3～6分钟，优选的微波加热的功率为600～800W，时间为4～5分钟；盐酸处理时，温度为60℃～80℃，时间为2h～4h。
[0008]本专利技术中，以镍盐、柠檬酸盐为原料，经过水热反应后干燥、煅烧，得到纳米NiO；优选的，水热反应为170℃～190℃反应15～18小时；煅烧为370℃～420℃下煅烧2h～4h。
[0009]本专利技术中，以聚乙烯吡咯烷酮、锡盐为原料，经过溶剂热反应后干燥、煅烧，得到纳米SnO2；优选的，溶剂热反应为170℃～190℃反应2～4小时；煅烧为470℃～520℃下煅烧1h～3h。
[0010]本专利技术采用氧化刻蚀的方法制备得到氧化石墨烯纳米筛HGO，并建构一种二维还原氧化石墨烯纳米筛HrGO负载金属氧化物SnO2纳米球与NiO纳米花的三元复合结构。基于此结构深入研究SnO2/NiO/HrGO三元复合材料传感器对NO2的传感性能，并与SnO2/NiO/rGO三元复合材料的测试结果进行比较分析。SnO2/NiO/HrGO三元复合材料器件的气敏响应显著提高。本专利技术公开了上述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料或者气体传感器件在二氧化氮检测中的应用，或者上述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料在制备二氧化氮检测气敏材料中的应用。
[0011]目前，关于石墨烯二元复合材料已有大量研究报道，而关于三元复合材料的报道偏少。构建石墨烯基三元复合异质结构，研究三元复合界面作用下的气敏特性，对于厘清石墨烯多元复合异质结构的气敏机制具有重要的意义。本专利技术以Hummers法制备氧化石墨烯（GO）和表面控制型半导体敏感材料为基础，采用溶剂热、氧化刻蚀、高温退火等方法获得了氧化锡/氧化镍/还原氧化石墨烯纳米筛（SnO2/NiO/HrGO）三元复合材料，并研究了其对NO2的室温气敏性能，具体研究成果如下：经结构调控得到一种以新型还原氧化石墨烯纳米筛（HrGO）为基底，负载氧化镍纳米花和氧化锡纳米球的三元复合材料，并对NO2气体表现出更优异的气敏性能。采用氧化刻蚀法制备了氧化石墨烯纳米筛（HGO）。然后经高温退火还原得到SnO2/NiO/HrGO三元复合材料。气敏测试结果表明，SnO2/NiO/HrGO三元复合材料对1 ppm的最高响应值为23.4%，分别是SnO2/HrGO二元复合材料、NiO/HrGO二元复合材料和单一HrGO的1.7、2和3.2倍。随着SnO2与NiO质量比增加，SnO2/NiO/HrGO的气敏响应先增大后降低。另外，HrGO系列产物的响应值比rGO系列高。
附图说明
[0012]图1为NiO纳米花的SEM图。
[0013]图2为SnO2纳米球的SEM图。
[0014]图3为HGO的AFM图像。
[0015]图4为HGO及三元复合材料SnO2/NiO/HrGO的XRD图。
[0016]图5为HGO的XPS（a）全谱及（b）C 1s精细谱图。
[0017]图6为三元复合材料SnO2/NiO/HrGO的XPS精细谱图：（a）C 1s；（b）O 1s；（c）Ni 2p；（d）Sn 3d。
[0018]图7为SnO2/NiO/HrGO、SnO2/HrGO、NiO/HrGO及HrGO对1 ppm NO2的气敏响应曲线。
[0019]图8为SnO2/NiO/HrGO三元复合材料传感器对不同浓度NO2的气敏响应曲线。
[0020]图9为不同质量比的（a）SnO2/NiO/HrGO对1 ppm NO2的实时气敏响应曲线。
[0021]图10为SnO2/NiO/rGO与SnO2/NiO/HrGO的气敏响应值折线图。
[0022]图11为SnO2/NiO/rGO三元复合材料传感器对不同浓度NO2的气敏响应曲线。
[0023]图12为SnO2/NiO/HrGO三元复合材料传感器对不同气体的气敏响应值柱状图。
具体实施方式
[0024]本专利技术采用二维石墨烯与球形、花形两种独特形貌的金属氧化物结合形成P
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料，其特征在于，包括纳米SnO2、纳米NiO以及多孔石墨烯。2.权利要求1所述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料的制备方法，其特征在于，将纳米SnO2、纳米NiO、氧化石墨烯纳米筛混合后研磨、煅烧，得到SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料。3.根据权利要求2所述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料的制备方法，其特征在于，将纳米NiO溶液、氧化石墨烯纳米筛溶液、纳米SnO2溶液搅拌混合后离心处理，收集沉淀干燥、研磨，然后煅烧，得到SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料。4.根据权利要求2所述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料的制备方法，其特征在于，纳米SnO2、纳米NiO、氧化石墨烯纳米筛的质量比为（1～20）∶（1～20）∶1。5.根据权利要求2所述SnO2/NiO/石墨烯三元复合材料的制备方法，其特征在于，将高锰酸钾与氧化石墨烯溶液混合，然后微波加热，再经过盐酸处理，得到氧化石墨烯纳米筛；以镍盐、柠檬酸盐为原料，经过水热反应后干燥、煅烧，得到纳米NiO；以聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：王艳艳，黄曼曼，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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