一种Ti3C2Tx/TiO2/CuO纳米复合材料及基于其的气体传感器制造技术

技术编号：41815647 阅读：1 留言：0更新日期：2024-06-24 20:32

本发明专利技术公开了一种Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/CuO纳米复合材料及基于其的气体传感器，该纳米复合材料是由刻蚀获得的多层Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;粉末与乙酸铜的混合溶液经水热反应制得。本发明专利技术所制备的复合材料具有气敏特性，基于其所构建的Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;/CuO气体传感器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、选择性好、检测限低的特性，可以对乙醇气体进行准确、快速的检测。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料制备，尤其涉及一种ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料的合成方法及其在气敏元件中的应用。

技术介绍

1、乙醇是一种常见的挥发性有机化合物(voc)和重要的工业原料，已广泛应用于食品、医药、农业、化工等多个领域的，但是当其暴露在高温、明火或氧化剂时，很容易暴燃引发火灾。此外，乙醇还具有挥发性，大量的乙醇蒸汽会对人类的神经和血液系统造成不良影响，并损害视力和呼吸道黏膜。根据职业安全与健康管理局的规定，建议的最大乙醇暴露水平为1000×10-6。在某些特殊情况下，如化工厂泄漏和对酒精司机的检查，即使在低浓度下，也必须迅速识别。因此，高性能乙醇气体传感器在预防公共安全事故中起着至关重要的作用。

2、基于半导体金属氧化物(smo)气体传感器具有成本低、集成简单、稳定性好等优点。但是其检测限高、工作温度高以及选择性不好等缺陷常常限制其广泛的应用。ti3c2tx作为新型的二维材料，由于其丰富的比表面积和官能团种类以及优异的导电性能，近年来对voc检测表现出巨大的应用潜力。把ti3c2tx材料与金属氧化物结合，可以有效改善传统金属氧化物的缺陷，提升传感器的选择性、稳定性以及响应恢复性能。

技术实现思路

1、为了解决现有smo气体传感器的不足之处，本专利技术提供一种ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料的合成方法及其在气体传感器中的应用，旨在大大提高对乙醇气体的检测性能。

2、本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：

3、本专利

4、步骤s1：制备刻蚀溶液；

5、步骤s2：将ti3alt2粉末与刻蚀溶液混合制备多层ti3c2tx粉末；

6、步骤s3：将所述ti3c2tx粉末超声分散于去离子水中，添加乙酸铜混合搅拌，然后添加氢氧化钠溶液调节ph至10.5-11.5，再经过超声搅拌混合后，得到合成ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料的前驱液；

7、步骤s4：将所述前驱液加入反应釜中，经过水热反应后，再经清洗和干燥得到ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料。

8、进一步地，步骤s1中所述刻蚀溶液的制备方法如下：将2g lif粉末添加至20ml去离子水和20mlhcl(9m)溶液的混合溶液中，搅拌，获得刻蚀溶液，这整个过程是在聚四氟乙烯烧杯中进行的。

9、进一步地，步骤s2的具体方法为：将ti3alt2粉末加入刻蚀溶液中，在60℃的水浴环境下搅拌48h，然后经过9000rpm转速离心洗涤，直至上清液的ph在5.5-6.5，将沉淀物冷冻干燥，获得多层ti3c2tx粉末。

10、进一步地，步骤s3中，所述ti3c2tx粉末与所述乙酸铜的质量比为1～8:1。

11、进一步地，步骤s4中，所述水热反应的温度为180℃、反应时间为12h。

12、本专利技术还公开了按照上述制备方法所制得的ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料在气体传感器中的应用。该气体传感器以ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料作为气敏材料，可实现乙醇等挥发性有机化合物的检测。

13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：

14、本专利技术采用简单的一步水热法合成了三元异质结构复合材料ti3c2tx/tio2/cuo，并且将其制备成为一种乙醇气体传感器元件。在复合材料的制备过程中，在水热环境下，ti3c2tx由于主体部分氧化形成二氧化钛即形成p-n异质结和三元协同作用，最终形成p-n-p型材料结构，从而大大提高了气体传感性能，使基于其所构建的ti3c2tx/tio2/cuo气体传感器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、选择性好、检测限低的特性，特别是具有良好的重复性和优异的长期稳定性，并且可以在室温条件下工作，极大地降低了传感器的功耗。本专利技术最终获得了一种高稳定性、高选择性以及可以室温工作的乙醇气体传感器。

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【技术保护点】

1.一种Ti3C2Tx/TiO2/CuO纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的Ti3C2Tx/TiO2/CuO纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述刻蚀溶液的制备方法如下：将2g LiF粉末添加至20mL去离子水和20mL 9MHCl溶液的混合溶液中，搅拌，获得刻蚀溶液。

3.根据权利要求1所述的Ti3C2Tx/TiO2/CuO纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2的具体方法为：将Ti3AlT2粉末加入刻蚀溶液中，在60℃的水浴环境下搅拌48h，然后经过9000rpm转速离心洗涤，直至上清液的pH在5.5-6.5，将沉淀物冷冻干燥，获得多层Ti3C2Tx粉末。

4.根据权利要求1所述的Ti3C2Tx/TiO2/CuO纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述Ti3C2Tx粉末与所述乙酸铜的质量比为1～8:1。

5.根据权利要求1所述的Ti3C2Tx/TiO2/CuO纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述水热反应的温度为180℃、反应时间为12h。

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【技术特征摘要】

1.一种ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述刻蚀溶液的制备方法如下：将2g lif粉末添加至20ml去离子水和20ml 9mhcl溶液的混合溶液中，搅拌，获得刻蚀溶液。

3.根据权利要求1所述的ti3c2tx/tio2/cuo纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2的具体方法为：将ti3alt2粉末加入刻蚀溶液中，在60℃的水浴环境下搅拌48h，然后经过9000rpm转速离心洗涤，直至上清液的ph在5.5-6.5，将沉淀物冷冻干燥，获得多层ti3c2tx粉末。

4.根据权利要求1所述的ti3c2tx/tio2/cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：章伟，周明，胡雪峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：

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