一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料及其制备方法和应用。该铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料相对ZnO类一氧化碳传感器贵金属掺杂成本低廉，制备工艺简单、可重复性高，对于一氧化碳具有极高的检测灵敏度，同时，相对于传统的锌气体传感器，可极大地改善其工作温度，在120℃下即可对一氧化碳有良好响应。下即可对一氧化碳有良好响应。下即可对一氧化碳有良好响应。

【技术实现步骤摘要】
一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气体传感器
，尤其涉及一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]一氧化碳是人类生活中最危险的有毒气体之一，当一氧化碳浓度为667ppm时会使人体一半左右的血红蛋白转化为碳氧血红蛋白，浓度高达800ppm时，健康成年人会在45分钟内眼花、恶心、痉挛，2～3小时内死亡。而且在我们身边凡是含碳的不完全燃烧，如工业煤、石油、交通业、家庭生活等无时无刻不在增加一氧化碳的排放。因此，生活中对一氧化碳的检测极其重要。
[0003]目前应用比较多的一氧化碳传感器有电化学型、热传导以及半导体等几种。其中热传导型传感器存在灵敏度低、选择性不高的问题。电化学型一氧化碳传感器应用最广泛，且灵敏度高响应快，但在使用过程中电解液泄露会影响其寿命，价格比较昂贵。半导体型传感器由于稳定性好，结构简单，价格低廉等优势越来越引起人们的关注。ZnO作为典型的n型半导体，是一种理想的气体传感器的制造材料，其带隙能量能够达到3.37eV，具有比较优异的电子迁移性能。但是纯ZnO的气体传感器一般都在300～500℃下运行，且存在选择性不明显和响应/恢复时间较长等问题。
[0004]为进一步改善ZnO气体传感器的传感性能且降低工作温度，一般采用表面修饰、掺杂和半导体及导电聚合物复合等方法。例如，文献号为CN115748247A的中国专利技术专利申请所公开的一种Pd原子簇修饰ZnO纳米材料的制备方法及其产品和应用，其通过静电纺丝法制备Zn纳米纤维，然后在2
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甲基咪唑的甲醇溶液中水热反应，在表面形成大量纳米尺寸的孔，实现对氢气的筛选，通过在孔内部进行Pd修饰，提升材料对氢气的催化反应，两种因素综合作用，可以实现对氢气的高灵敏检测，该方法虽然提高了检测的灵敏度，但其弊端也很明显，即贵金属掺杂带来的高成本问题。同时，郭威威等制备了一种ZnO基气体传感器(Guo,Weiwei.Design of Gas Sensor Based on Fe
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Doped ZnO Nanosheet
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Spheres for Low Concentration of Formaldehyde Detection[J].Journal of the Electrochemical Society,2016,163(9):B517
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B525.)，该气体传感器可用于检测甲醛，但其缺陷在于工作温度较高，灵敏度较差。
[0005]综上所示，目前针的ZnO类气体传感器还亟待改进。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料及其制备方法和应用，该铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料规避了贵金属掺杂带来的高成本问题，同时降低了传感器工作温度，且其制备成本低廉，操作简便，适合产业应用。
[0007]为达到上述技术效果，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]首先，本专利技术提供一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料，其由铁酸锌纳米片构
成，所述铁酸锌纳米片表面具有粗糙、疏松、多孔的表面特征,铁酸锌纳米片均匀地堆叠在一起，铁酸锌纳米片的直径大小为30～100nm，优选地，所述铁酸锌纳米片的直径大小为40～60nm
。
[0009]第二方面，本专利技术还提供一种上述第一方面提供的铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料的制备方法，包括步骤：
[0010]S1：将锌盐和铁盐溶解于按照一定的摩尔比溶解于醇溶液中，通过超声或机械搅拌方式使其混合均匀；
[0011]S2：根据加入的锌盐和铁盐的量滴加NaOH水溶液，搅拌反应20～70min，形成水热反应体系；
[0012]S3：待反应完全后，将上述水热反应体系转移至高压釜中进行水热反应，反应温度为130～160℃，反应时长为1～20h，反应后冷却至室温，过滤获得沉淀物，对沉淀物进行清洗烘干；
[0013]S4：对烘干后的沉淀物置于300～500℃下活化2～6h，冷却至室温后获得所述传感器材料，优选地，活化温度为450℃。
[0014]优选地，所述锌盐氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌中的任意一种或多种。
[0015]优选地，所述铁盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的任意一种或多种。
[0016]优选地，所述铁盐与锌盐的摩尔比4～6％。
[0017]优选地，所述NaOH的摩尔量为锌盐摩尔量的2倍与铁盐摩尔量的3倍之和。
[0018]第三方面，本专利技术还提供一种上述第一方面提供的铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料在制备气体传感器方面的应用。
[0019]优选地，所述气体传感器按照以下方法进行制备：
[0020]提供衬底材料，将所述传感器材料溶剂混合并研磨为液态浆料，将所述液态浆料涂覆于所述衬底材料的至少一侧，然后使溶剂挥发，从而制备所述气体传感器。
[0021]进一步地，所述衬底材料为硅衬底材料、有机聚合物衬底材料、金属衬底材料或石墨衬底材料中的任意一种，且优选为金属衬底材料。
[0022]进一步地，所述溶剂为去离子水或醇溶液中的任意一种，优选为去离子水。
[0023]现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术提供的一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料规避了贵金属掺杂带来的高成本问题，同时降低了传感器工作温度。在该传感器材料中，通过掺杂Fe离子，有效地提高了传感器的气敏性能和抗干扰性能，同时显著降低了传感器的工作温度。此外，其制备方法简单，仅通过一步水热合成法合成了铁酸锌纳米材料，其制备原料易得、成本低廉，操作简便。
附图说明
[0025]图1为本专利技术测试例提供的测试样品I
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III、对照样品II的SEM图；
[0026]图2是本专利技术测试例提供的测试样品II的CO2电阻响应图；
[0027]图3是本专利技术测试例提供的测试样品II的C2H4电阻响应图；
[0028]图4是本专利技术测试例提供的测试样品II的CH4电阻响应图；
[0029]图5是本专利技术测试例提供的测试样品II的H2电阻响应图；
[0030]图6是本专利技术测试例提供的测试样品II的CO电阻响应图；
[0031]图7是本专利技术测试例提供的测试样品III五种气体抗干扰对比图；
[0032]图8是不同掺量和制备条件下的气体传感器对CO的响应对比图。
具体实施方式
[0033]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0034]本专利技术所列举的具体实施例只作为本专利技术的范例，本专利技术并不限制于下文所描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对下文所述的实施例进行的等同修改和替代也都在本专利技术的范畴之中。因此，在不脱离本专利技术的精神和范围下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料，其特征在于：所述传感器材料由铁酸锌纳米片组成，所述铁酸锌纳米片直径为30～100nm。2.如权利要求1所述的一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1：将锌盐和铁盐溶解于按照一定的摩尔比溶解于醇溶液中，通过超声或机械搅拌方式使其混合均匀；S2：根据加入的锌盐和铁盐的量滴加NaOH水溶液，搅拌反应20～70min，形成水热反应体系；S3：待反应完全后，将上述水热反应体系转移至高压釜中进行水热反应，反应温度为130～160℃，反应时长为1～20h，反应后冷却至室温，过滤获得沉淀物，对沉淀物进行清洗烘干；S4：对烘干后的沉淀物置于300～500℃下活化2～6h，冷却至室温后获得所述传感器材料。3.如权利要求2所述的一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器材料的制备方法，其特征在于：所述锌盐氯化锌、硫酸锌、硝酸锌、醋酸锌中的任意一种或多种。4.如权利要求2所述的一种铁酸锌纳米片一氧化碳传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雄，蒋晓平，苏岳锋，陈来，吴丹，沈杏，李宁，王萌，王联，吴锋，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：