基于SnO2/Ti3C2T制造技术

本发明专利技术提供了一种基于SnO2/Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料及其制备方法与应用、气体传感器


[0001]本专利技术涉及复合纳米材料
，特别是涉及一种基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料及其制备方法与应用、气体传感器。

技术介绍

[0002]二维Ti3C2T
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是一种典型的过渡金属碳氮化物，又名MXene，由于具有多种官能团、丰富的表面位点和二维结构，在气敏传感领域引起了广泛关注。与其他二维材料相比，例如石墨烯、黑磷与二硫化钼等，Ti3C2T
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可以实现ppb级气体检测，且噪声干扰极低。单独的Ti3C2T
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MXene表现出对NH3、NO2和H2等气体的室温检测能力。
[0003]尽管Ti3C2T
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表现出优异的气体传感特性，但其在高湿、高温环境条件下稳定性较差。通常，通过酸腐蚀法制备的少层或单层的Ti3C2T
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，在高湿度的环境条件下，极易被水和氧气腐蚀氧化，从而在表面形成锐钛矿型的TiO2。值得注意的是，与类金属的Ti3C2T
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相比，衍生的TiO2为典型的n
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型半导体，并且具有较高的电阻值和完全不同的气敏特性，最终导致基于Ti3C2T
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的气体传感器出现电阻漂移和长期稳定性差的问题。因此，需要避免Ti3C2T
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的氧化在其气体检测中的负面影响。
[0004]有机挥发气体的监测对人类生活生产意义重大，部分气体的长期吸入，可对人类健康造成严重威胁，例如甲醛、苯与甲苯等。基于金属氧化物的半导体气体传感器具有尺寸小、快速响应、低成本的优点，是实现有机挥发气体低浓度检测的重要传感器类型之一。其中，n型半导体SnO2是被广泛研究的金属氧化物半导体气敏材料。但是，实现对低浓度有机挥发气体的高响应和ppb级的甲醛检测仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供了一种基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法，制备得到的气体敏感材料稳定性好，对低浓度气体具有高响应。
[0006]本专利技术通过如下技术方案实现。
[0007]一种基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]制备SnO2/Ti3C2T
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复合物；
[0009]将SnO2/Ti3C2T
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复合物进行低温退火处理；其中，低温退火处理的条件包括：加热温度为100℃～250℃，保温时间在0.5h以上。
[0010]在其中一个实施例中，制备SnO2/Ti3C2T
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复合物包括如下步骤：
[0011]制备Ti3C2T
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；
[0012]将所述Ti3C2T
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、氯化亚锡二水合物、反应物与溶剂混合，制备混合物；其中，所述反应物选自尿素、硝酸锡盐、硝酸亚锡盐、硫酸锡盐、硫酸亚锡盐、氢氧化钾与氢氧化钠中的一种或多种；
[0013]将所述混合物在90℃～100℃下保温5h～15h，然后离心，取固体进行洗涤，干燥。
[0014]在其中一个实施例中，在所述混合物中，所述Ti3C2T
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的质量百分比为0.5％～10％。
[0015]在其中一个实施例中，制备Ti3C2T
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包括如下步骤：
[0016]将钛碳化铝与刻蚀液混合，进行刻蚀；其中，所述刻蚀液为含氟离子的酸性水溶液。
[0017]本专利技术还提供一种如上所述的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法所制得的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料。
[0018]本专利技术还提供如上所述的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料在检测或监测气体中的应用。
[0019]在其中一个实施例中，所述气体选自甲醛、乙醇、甲醇、丙酮、氨气、甲苯与苯中的一种或多种。
[0020]本专利技术还提供一种气体传感器，包括气体传感元件，所述气体传感元件包括基体，以及涂覆于所述基体的表面的气体敏感材料层；
[0021]其中，所述气体敏感材料层的组分包括如上所述的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料；
[0022]所述基体为陶瓷管基座或微加热板。
[0023]在其中一个实施例中，所述气体敏感材料层的厚度为1μm～100μm。
[0024]在其中一个实施例中，所述陶瓷管基座包括氧化铝陶瓷管、测试电极与加热电极。
[0025]与现有技术相比较，本专利技术的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法具有如下有益效果：
[0026]本专利技术通过采用低温退火的方式对SnO2/Ti3C2T
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复合物进行预氧化处理，形成的TiO2出现在SnO2/Ti3C2T
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界面处，有效调控了SnO2/Ti3C2T
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在空气中以及在目标气体中的载流子传输，同时Ti3C2T
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的引入也有效调控了复合材料的氧空位浓度，从而对测试气体的气敏性能均表现出增强的响应。同时，本专利技术通过限定退火的温度与时间，增强了SnO2/Ti3C2T
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复合物的稳定性，进一步拓展了基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料在不同温度条件下的气体检测领域。本专利技术所述的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法所制备得到的气体敏感材料能够实现对ppb级有机挥发气体的高灵敏检测，尤其对甲醛气体表现出高选择、高灵敏度和低检测极限。
附图说明
[0027]图1为本专利技术提供的气体传感器的陶瓷基座结果示意图；
[0028]图2为本专利技术提供的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料制备流程示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的扫描电镜图，其中，(a)代表Ti3C2T
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添加量为0，(b)代表Ti3C2T
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添加量为0.5wt％，(c)代表Ti3C2T
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添加量为1wt％，(d)代表Ti3C2T
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添加量为3wt％，(e)代表Ti3C2T
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添加量为5wt％，(f)代表Ti3C2T
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添加量为10wt％；
[0030]图4为本专利技术实施例提供的基于SnO2/MXene
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1复合材料的气体传感器在甲醛气体中的动态响应
‑
恢复曲线；
[0031]图5为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备SnO2/Ti3C2T
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复合物；将SnO2/Ti3C2T
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复合物进行低温退火处理；其中，低温退火处理的条件包括：加热温度为100℃～250℃，保温时间在0.5h以上。2.根据权利要求1所述的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法，其特征在于，制备SnO2/Ti3C2T
x
复合物包括如下步骤：制备Ti3C2T
x
；将所述Ti3C2T
x
、氯化亚锡二水合物、反应物与溶剂混合，制备混合物；其中，所述反应物选自尿素、硝酸锡盐、硝酸亚锡盐、硫酸锡盐、硫酸亚锡盐、氢氧化钾与氢氧化钠中的一种或多种；将所述混合物在90℃～100℃下保温5h～15h，然后离心，取固体进行洗涤，干燥。3.根据权利要求2所述的基于SnO2/Ti3C2T
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复合物的气体敏感材料的制备方法，其特征在于，在所述混合物中，所述Ti3C2T
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的质量百分比为0.5％～10％。4.根据权利要求2所述的基于SnO2/Ti3C2T
x
复合物的气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪飞，牛高强，赵长辉，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：