一种金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料及其制备方法技术

本申请涉及半导体气敏器件技术领域，具体提供了一种金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料及其制备方法。该复合材料包括球状钼酸镍和金纳米颗粒，金纳米颗粒固定分布于球状钼酸镍表面。该方法包括如下步骤：S1，制备钼酸镍纳米球；S2，制备金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料。步骤S1包括称取Ni(NO3)2·

【技术实现步骤摘要】
一种金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体气敏器件
，具体而言，涉及一种金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电阻型气敏器件通过将待测气体与气敏材料进行化学反应，将待测气体的种类、浓度转化为气敏器件电阻的变化，从而达到对待测气体进行敏感检测的目的。气敏器件既可以用于检测ppm级的有毒有害气体，也可以用于检测百分比浓度高的易燃易爆气体。
[0003]探测时，在空气环境中，氧气会吸附在半导体气敏材料表面，夺取半导体气敏材料内部的电子，形成氧负离子，使气敏器件的电阻升高，当遇到待测的还原性气体，如乙醇、一氧化碳、甲烷、氢气等可燃气体，会在半导体气敏材料表面与氧负离子发生氧化还原反应，释放大量电子进入半导体气敏材料的导带，使气敏器件的电阻降低，达到检测的目的。气敏器件的灵敏度是气敏器件气敏性能的衡量标准，气敏器件的灵敏度越高，气敏特性越好，这些与气敏器件的气敏材料密切相关。
[0004]对于这种传统的半导体电阻型气敏器件的灵敏度的提升一般是通过增加空气和待测气体的活性实现的，即这种传统的半导体电阻型气敏器件的工作温度较高，大多在350℃左右，这使得气敏器件的寿命大大缩短，同时严重限制了气敏器件的适用范围，难以对易燃易爆气体进行安全有效的检测。另外，传统的半导体电阻型气敏器件对特定气体的选择性较差。
[0005]综上所述，基于现有的气敏材料制备的气敏器件在室温下的灵敏度较低，难以用于易燃易爆气体的检测，且选择性较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料及其制备方法。通过公开新的气敏材料及其制备方法解决基于现有的气敏材料制备的气敏器件在室温下的灵敏度较低，难以用于易燃易爆气体的检测，且选择性较差的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术构思如下：气敏器件灵敏度提升的核心是增加探测过程中氧化还原反应的反应程度，氧化还原反应的程度越强，气敏器件中被约束和被释放的电子的数量越多，且约束和释放过程的速度越快，从而气敏器件的电阻变化更明显，即气敏器件的灵敏度越高。传统的半导体气敏器件通过提升空气和待测气体的活性增加氧化还原反应的反应程度，即需要的工作温度较高，使得气敏器件在室温下不能正常工作。本申请提供了新的气敏材料—金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料，纳米球状的钼酸镍小球表面修饰有金纳米颗粒，钼酸镍小球和金纳米颗粒的粒径均是纳米量级，且钼酸镍小球和金纳米颗粒的表面通过化学键连接，金纳米颗粒均匀分布于钼酸镍小球表面。具体的，在光照条件下，双金属氧化物半导体钼酸镍表面的金属纳米颗粒上产生局域表面等离激元共
振，在金纳米颗粒(AuNPs)的表面产生强电场，强电场在双金属氧化物半导体钼酸镍表面产生大量的热电子，从而使得空气中更多的氧气分子吸附在双金属氧化物半导体钼酸镍表面，从而约束更多的电子，产生更多的氧负离子，即氧化过程的反应程度较强；基于气敏材料的气敏器件在待测气体中时，一方面强电场使得更多的待测气体分子聚集在双金属氧化物半导体钼酸镍表面，另一方面，强电场使得待测气体分子与氧化过程生成的氧负离子的还原反应过程更快，释放更多的电子到双金属氧化物半导体钼酸镍的导带中，即还原过程中释放的电子更多、更快，即氧化过程的反应程度较强；氧化反应和还原过程导致的气敏器件的电阻变化更大，因此，本申请的气敏材料用于气敏器件时，气敏器件的灵敏度较高。由于不是通过增加空气和待测气体的活性来提升气敏器件的灵敏度，即基于本专利技术的气敏材料的气敏器件工作时的灵敏度不依赖于高温条件，使得气敏器件的工作温度可以降低，即基于本专利技术方法制备的气敏材料的气敏器件能够在室温下工作，且灵敏度较高。
[0008]本申请还提供金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0009]S1，制备钼酸镍纳米球；
[0010]首先，称取0.0363
‑
0.363g Ni(NO3)2·
6H2O和0.0302
‑
0.302gNa2MoO4·
2H2O溶于50
‑
500ml去离子水中，待完全溶解后，再同时加入 0.075
‑
0.75g尿素和0.0277
‑
0.278g NH4F，持续搅拌直到形成均匀混合液。然后，转移至水热反应釜中进行水热反应，具体地，水热反应温度为 120
‑
200℃，水热反应时间为2
‑
12h，这样能够保证水热反应的充分进行，水热反应得到的沉淀物经过离心、洗涤，其中，NH4F为表面活性剂，可以有效增加钼酸镍表面的活性位点，尿素参与反应，最终生成钼酸镍水合物。得到的钼酸镍水合物在60℃真空干燥6h，最后进行煅烧，煅烧过程持续0.5
‑
2h，煅烧的温度为350
‑
450℃，最终得到粉末状的钼酸镍纳米球。
[0011]S2，制备AuNPs修饰的钼酸镍纳米复合材料。
[0012]采用柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·
2H2O)还原HAuCl4的方法在钼酸镍纳米球表面直接生成金纳米颗粒，使用PVP(聚乙烯吡咯烷酮K30)作为缓冲剂。具体地，配制浓度为0.01mol/L的HAuCl4溶液；称取0.0218
‑
0.218g 步骤S1中制备好的钼酸镍纳米球粉末，使其溶于50
‑
500ml去离子水中；接着取0.1
‑
1.0gPVP和0.5
‑
5.0ml上述配制好的浓度为0.01mol/L的HAuCl4水溶液加入上述钼酸镍混合液，在磁力搅拌器上持续搅拌使溶液混合均匀，搅拌的同时将混合溶液加热至沸腾；再接着，搅拌时向混合溶液中加入 1
‑
10ml浓度为1％的Na3C6H5O7·
2H2O水溶液，持续煮沸，待反应完成后，自然冷却至室温，再搅拌使其充分混合，离心、洗涤、干燥后保存备用，即得到粉末状的AuNPs修饰的钼酸镍纳米复合材料。
[0013]本专利技术中制备HAuCl4溶液的溶剂为双重蒸馏水、三重蒸馏水、高质量的去离子水中的一种，且制备的HAuCl4溶液玻璃容器必须是绝对清洁的，用前使用酸清洗并用去离子水冲洗干净，干燥后备用。同时，在配制 HAuCl4溶液时不能使用金属药匙称量。
[0014]同时，本专利技术方法制备AuNPs修饰的钼酸镍纳米复合材料的过程是简单、无污染、高效且稳定的，制备的复合材料结晶度高。基于本专利技术方法制备的气敏材料的气敏器件能够在室温下工作，且灵敏度较高，具有广阔的应用前景。
[0015]为了测试本方法制备的气敏材料的气敏特性，制备了气敏测试器件，同时利用HCRK
‑
SD101四通道气敏性能测试软件，对制备的气敏材料的气敏性能进行气敏测试。结果
表明，基于本专利技术方法制备的气敏材料的气敏器件的灵敏度较高，由于探测的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料包括钼酸镍材料和金纳米颗粒，所述钼酸镍材料的形状为球状，所述钼酸镍材料的粒径为纳米量级，所述金纳米颗粒的形状为球状，所述金纳米颗粒的粒径为纳米量级，所述金纳米颗粒分布于所述钼酸镍材料的表面，所述金纳米颗粒和所述钼酸镍材料之间通过化学键固定连接。2.根据权利要求1所述的金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料的制备方法包括如下步骤：S1，制备钼酸镍纳米球；S2，制备金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料。3.根据权利要求2所述的金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括称取Na2MoO4·
2H2O溶于去离子水中，进行搅拌，完全溶解后加入Ni(NO3)2·
6H2O，再次完全溶解后，同时加入尿素和NH4F，再次搅拌，充分溶解后；将得到的混合溶液转移至水热反应釜中，进行水热反应，水热反应的产物经过离心、洗涤、真空干燥、煅烧，得到粉末状的钼酸镍纳米球。4.根据权利要求3所述的金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述Na2MoO4·
2H2O和所述Ni(NO3)2·
6H2O的摩尔质量相同。5.根据权利要求4所述的金纳米颗粒修饰的钼酸镍纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为120
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘黎明，贾强生，黎家兵，吕司韬，易子川，高庆国，迟锋，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：