一种Pt修饰的多元金属氧化物敏感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Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将铁盐、沉淀剂及一种或多种其他过渡金属盐依次加入到去离子水中，搅拌得到均匀混合的溶液A；S2：将混合溶液A放入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加热至120℃，保温8h～12h；S3：将物料离心、洗涤和干燥后在300℃、空气条件下煅烧3h，得到FeMO x

【技术实现步骤摘要】
一种Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于半导体金属氧化物气体传感器领域，具体涉及一种用于提高氢气传感器性能的Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢气是工业生产中常用的还原剂，具有广泛的用途。值得注意的是，氢气是一种无色无味的气体，在空气中具有扩散度高、燃烧热高和爆炸浓度低的特点，导致氢气在运输、使用过程中的安全问题引发了极大的关注。半导体金属氧化物气体传感器因具有稳定性高、成本低及制造工艺简单等优点而被广泛应用于有毒气体、易燃易爆气体及工业废气的检测。然而，半导体金属氧化物气体传感器的敏感材料仍面临着灵敏度低、响应/回复时间长及选择性差等问题需要被解决。因此，开发一种灵敏度高、响应速度快、选择性高和浓度检测低的气体传感器一直备受关注。
[0003]为了开发高灵敏度、响应/恢复速度快和浓度检测低的半导体金属氧化物敏感材料，申请号为CN201910260163.6的中国专利公开了一种Pt修饰SnO2纳米棒敏感材料的制备方法，所制备的SnO2纳米棒的长径比高且使用紫外光还原法将Pt纳米颗粒均匀分散在SnO2纳米棒表面，使传感器在较低氢气浓度下，表现出明显的电阻变化。申请号为CN201110137838.1的中国专利公开了一种Pt和Pd负载TiO2的复合敏感材料，该敏感材料通过两次阳极氧化高纯钛片制得TiO2，再将贵金属粒子(Pt和Pd)沉积到TiO2纳米管上。贵金属涂层加快了H2与TiO2纳米管表面的相互作用，提高了氢气的灵敏度。申请号为CN201510760530.0的中国专利公开了一种Pt/Pd纳米颗粒溅射氧化钼纤维纸的制备方法，此方法制备的传感器可在常温下工作、灵敏度高、响应/恢复时间短等优势。以上气体传感器性能的提升主要依赖于贵金属Pt/Pd与单一金属氧化物复合，使传感器在操作温度、灵敏度、响应/恢复时间等方面有了提高，但单一金属元素氧化物中缺陷的种类、数量有限且贵金属Pt/Pd纳米颗粒的负载会增加传感器的成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料的制备方法，以提高氢气传感器的灵敏度、稳定性和响应/恢复时间。
[0005]为了实现以上专利技术目的，本专利技术提供了一种Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将铁盐、沉淀剂及一种或多种其他过渡金属盐依次加入到去离子水中，搅拌得到均匀混合的溶液A；
[0007]S2：将混合溶液A放入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加热至120℃，保温8h～12h；
[0008]S3：将步骤S2中得到的物料离心、洗涤和干燥后在300℃、空气条件下煅烧3h，得到FeMO
x
敏感材料；
[0009]S4：将步骤S3中得到的FeMO
x
敏感材料分散在乙醇溶液中，得到均匀混合的溶液B；
[0010]S5：将氯铂酸溶液缓慢且逐滴加入到溶液B中，搅拌3h后洗涤、干燥；
[0011]S6：将步骤S5中得到的物料在H2/Ar气氛下加热到120℃，保温2小时后，冷却至室温，得到Pt/FeMO
x
敏感材料。其中，M指除铁之外的其他过渡金属元素。
[0012]相比于现有技术，本专利技术选用带隙宽度窄、稳定性高、低成本和环境友好的Fe2O3为基底，与其它异价金属掺杂，采用简单的水热合成法，一步合成具有多缺陷的多元金属氧化物敏感材料，并将贵金属Pt以原子形式分散在金属氧化物表面，显著提升气体传感器的气敏性能。本专利技术制得的Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料在缺陷种类和数量方面相比现有Pt/Pd与单一金属氧化物复合的敏感材料具有明显增加。其制备方法简单、成本低、可重复性强且无需表面活性剂。
[0013]优选地，步骤S1中，金属元素与沉淀剂的摩尔比为1：(2～5)；金属元素中，铁元素与其他过渡金属元素(M)的摩尔比为1：(1～3)。
[0014]优选地，步骤S1中，铁盐、沉淀剂、一种或多种其他过渡金属盐及去离子水的摩尔比为1：(4.36～10)：(0～3)：(2700～4370)。
[0015]优选地，步骤S5中，氯铂酸溶液的浓度为50mg mL
‑1，且氯铂酸中的铂元素与溶液B中的金属元素的摩尔比为1：(200～400)。
[0016]优选地，步骤S1中，所述铁盐为FeCl3、Fe2(SO4)3、Fe(NO3)3中的任一种。
[0017]优选地，步骤S1中，所述其他过渡金属盐为除了铁盐之外的其他过渡金属氯化物或过渡金属硫化物。其他过渡金属盐可选用如：氯化铜、氯化锌、氯化锰、氯化铬、氯化钛、氯化钼、氯化钨等过渡金属氯化物，或硫酸锰、硫酸锌、硫酸钼、硫酸铌、硫酸铜等过渡金属硫化物。
[0018]优选地，步骤S1中，所述沉淀剂为尿素、氟化氨中任一种或二者的混合物。
[0019]本专利技术还提供一种采用上述制备方法制备而成的Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料，其在缺陷种类和数量方面相比现有Pt/Pd与单一金属氧化物复合的敏感材料具有明显增加。
[0020]本专利技术还提供上述Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料在氢气传感器中的应用。将该Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料作为氢气传感器的气敏材料，可有效提高氢气传感器的灵敏度、响应/恢复时间、选择性及稳定性。
[0021]本专利技术制得的Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料在缺陷种类和数量方面具有明显增加。其制备方法简单、成本低、可重复性强且无需表面活性剂。实验测试结果表明，Pt修饰多元金属氧化物传感器在灵敏度、响应/恢复时间、选择性及稳定性方面相比现有氢气传感器均有显著提升。
附图说明
[0022]图1为对比例1制得的Fe2O3敏感材料的SEM图；
[0023]图2为实施例1制得的Pt/Fe2(MoO4)3敏感材料的SEM图；
[0024]图3为实施例3制备的Pt/ZnFe2O4敏感材料的SEM图；
[0025]图4为采用实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2制得的敏感材料制得的氢气传感器在不同温度下对10ppm氢气的灵敏度变化曲线图；
[0026]图5为采用实施例1制得的敏感材料制成的氢气传感器在最佳操作温度、不同氢气浓度下的连续动态响应曲线；
[0027]图6为采用实施例3制得的敏感材料制成的氢气传感器在最佳操作温度、不同氢气浓度下的连续动态响应曲线；
[0028]图7为采用实施例1制得的敏感材料制成的氢气传感器在最佳操作温度、10ppm氢气浓度下的连续动态响应曲线；
[0029]图8为采用实施例3制得的敏感材料制成的氢气传感器在最佳操作温度、10ppm氢气浓度下的连续动态响应曲线；
[0030]图9为分别采用实施例1和实施例3制得的敏感材料制成的氢气传感器在最佳操作温度对10ppm氢气、一氧化碳和甲烷的响应值变化图。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pt修饰的多元金属氧化物敏感材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将铁盐、沉淀剂及一种或多种其他过渡金属盐依次加入到去离子水中，搅拌得到均匀混合的溶液A；S2：将混合溶液A放入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加热至120℃，保温8h～12h；S3：将步骤S2中得到的物料离心、洗涤和干燥后在300℃、空气条件下煅烧3h，得到FeMO
x
敏感材料；S4：将步骤S3中得到的FeMO
x
敏感材料分散在乙醇溶液中，得到均匀混合的溶液B；S5：将氯铂酸溶液缓慢且逐滴加入到溶液B中，搅拌3h后洗涤、干燥；S6：将步骤S5中得到的物料在H2/Ar气氛下加热到120℃，保温2小时后，冷却至室温，得到Pt/FeMO
x
敏感材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，金属元素与沉淀剂的摩尔比为1：(2～5)；金属元素中，铁元素与其他过渡金属元素的摩尔比为1：(1～3)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：路金林，艾天宇，张钰，张怡，杜昊，尹衍升，
申请(专利权)人：广州航海学院，
类型：发明
国别省市：