一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法技术

一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，将氧化石墨烯均匀分散在N‑甲基吡咯烷酮中，得到氧化石墨烯的N‑甲基吡咯烷酮溶液；将Co(CH3COO)2·4H2O和Ti(OC4H9)4溶解于乙二醇中，室温下搅拌均匀，调节pH值为4～6，得到浅粉色溶液；将氧化石墨烯的N‑甲基吡咯烷酮溶液加入到浅粉色溶液中，室温下搅拌均匀，超声；微波水热反应后煅烧，得到多孔CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料。该方法对复合材料组分、形貌的可控性强，操作省时，产品中钛酸钴为多孔CoTiO3微米棒，符合气敏材料的微观结构需求。经实验证明，该复合材料对乙醇气体敏感，而且具有较低的工作温度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法
本专利技术涉及一种复合气敏材料的制备方法，具体涉及一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法。
技术介绍
由于石墨烯-金属氧化物具有独特的电学性能、灵活的结构、优异的吸附性能和大的比表面积，正广泛应用于锂离子电池、光催化、气敏传感器和太阳能电池等领域。[GuF,NieR,HanD,etal.In2O3-graphenenanocompositebasedgassensorforselectivedetectionofNO2,atroomtemperature[J].Sensors&ActuatorsBChemical,2015,219:94-99.]。近年来，石墨烯-金属氧化物复合材料表现出比单纯半导体更优异的敏感性、选择性和更低的工作温度。SongZ使用一步胶体合成法制备出纳米SnO2/rGO气敏材料，发现该复合材料在20℃时，对50ppm硫化氢的响应为33，响应和恢复时间分别为2s和292s。[SongZ,WeiZ,WangB,etal.Sensitiveroom-temperatureH2SgassensorsemployingSnO2quantumwire/reducedgrapheneoxidenanocomposites[J].ChemistryofMaterials,2016,28(4):1205-1212.]。LanlanGuo使用电纺丝法合成出rGO/α-Fe2O3复合气敏材料，发现该复合材料在375℃时，对100ppm丙酮的响应大约为8.9，响应和恢复时间分别为3s和9s。[ZhangH,YuL,LiQ,etal.Reducedgrapheneoxide/α-Fe2O3hybridnanocompositesforroomtemperatureNO2sensing[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2017,241:109-115.]。钛酸钴基气敏材料目前存在的主要问题：工作温度较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，使用超声预处理、微波水热与气氛热处理法相结合，可制备出由纳米颗粒自组装而成的六棱柱形貌CoTiO3与rGO复合的气敏材料，该材料具有较低的工作温度。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：1)将氧化石墨烯均匀分散在N-甲基吡咯烷酮中，得到氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液；2)将Co(CH3COO)2·4H2O和Ti(OC4H9)4溶解于乙二醇中，室温下搅拌均匀，调节pH值为4～6，得到浅粉色溶液；3)将氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液加入到浅粉色溶液中，室温下搅拌均匀，超声；随后加入到反应釜中，在180～200℃下进行微波水热反应1～3h，冷却、洗涤干燥后在氮气气氛中煅烧，得到多孔CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液的浓度为1～2mg/mL。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中分散是通过在超声功率为80～100W下，超声3～5h实现的。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中浅粉色溶液中Co2+浓度为0.0001～0.0002mol/mL，Co(CH3COO)2·4H2O与Ti(OC4H9)4的摩尔比为(0.008～0.012)mol：(0.008～0.012)mol。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中Co(CH3COO)2·4H2O与乙二醇的比为(0.008～0.012)mol：(50～70)mL。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中氧化石墨烯与Ti(OC4H9)4的质量比为(0.775～6)mg：(2.72～4.09)g。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)和步骤3)中搅拌的速率为60～90r/min，搅拌的时间为3～7h。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中超声是具体是在超声功率为30～50W下，超声4～6h实现的。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中煅烧是在气氛炉中进行的，向气氛炉中通入氮气的流速为110～180mL/min。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中煅烧的温度为600～800℃时间为1～3h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术以氧化石墨烯、钛酸四丁酯和四水醋酸钴为原料，乙二醇为络合剂，配制具有网络结构大分子前驱体溶液，经微波水热处理后真空干燥，随后在氮气气氛下煅烧，制备出具有六棱柱型多孔的CoTiO3微米棒复合石墨烯敏感材料。本专利技术通过调节前驱体中乙二醇的含量，能够实现CoTiO3微米棒形貌的控制，控制煅烧条件，能够调节微米棒表面孔隙率和孔径分布情况。由于多孔结构有利于气体的有效扩散，石墨烯具有优异的导电性，二者的化学复合可改善载流子传输机制，并且提升敏感性、降低工作温度。该方法对复合材料组分、形貌的可控性强，操作省时，产品中钛酸钴为多孔CoTiO3微米棒，符合气敏材料的微观结构需求。经实验证明，该复合材料对乙醇气体敏感，而且具有较低的工作温度。附图说明图1为本专利技术实施例4放大倍数为30.0k倍下的CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料的SEM图；图2为本专利技术实施例4放大倍数为20.0k倍下的CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料的SEM图；图3为本专利技术实施例4制得的具有六棱柱型多孔的CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料的波数为180-2000cm-1的Raman图；图4为本专利技术实施例4制得的具有六棱柱型多孔的CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料的波数为1200-2000cm-1的Raman图。图5为本专利技术实施例4制得的具有六棱柱型多孔的CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料的工作温度图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。实施例11)将0.775mg的氧化石墨烯加入到0.5mL的N-甲基吡咯烷酮溶液中，氧化石墨烯在N-甲基吡咯烷酮溶液中的浓度是1.55mg/mL，超声5h，超声功率为90W，将氧化石墨烯均匀分散在N-甲基吡咯烷酮溶液中，得到氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液。2)将0.01molCo(CH3COO)2·4H2O和0.01molTi(OC4H9)4完全溶解于60mL乙二醇中，室温下在60r/min下搅拌7h，得到均匀的浅粉色溶液，采用醋酸调节混合溶液的pH值为4～6。3)将0.5mL的氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液缓慢加入上述浅粉色溶液里，室温下在60r/min下搅拌7h，然后超声5h，超声速率为40W。其中，搅拌的目的：使氧化石墨烯氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液与浅粉色溶液混合均匀，超声的目的：使氧化石墨烯氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液与浅粉色溶液的小分子之间碰撞更多，有利于它们之间的结合。4)随后缓慢加入由聚四氟乙烯内衬的反应釜中，填充度<50％。设定微波水热温度为200℃，反应时间为2h，反应结束后釜内温度冷却到60℃以下，离心收集产物，并用乙醇洗涤三次。5)将上述产物放入真空干燥箱于60℃下干燥10h，然后将其放入氮气气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将氧化石墨烯均匀分散在N‑甲基吡咯烷酮中，得到氧化石墨烯的N‑甲基吡咯烷酮溶液；2)将Co(CH3COO)2·4H2O和Ti(OC4H9)4溶解于乙二醇中，室温下搅拌均匀，调节pH值为4～6，得到浅粉色溶液；3)将氧化石墨烯的N‑甲基吡咯烷酮溶液加入到浅粉色溶液中，室温下搅拌均匀，超声；随后加入到反应釜中，在180～200℃下进行微波水热反应1～3h，冷却、洗涤干燥后在氮气气氛中煅烧，得到多孔CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将氧化石墨烯均匀分散在N-甲基吡咯烷酮中，得到氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液；2)将Co(CH3COO)2·4H2O和Ti(OC4H9)4溶解于乙二醇中，室温下搅拌均匀，调节pH值为4～6，得到浅粉色溶液；3)将氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液加入到浅粉色溶液中，室温下搅拌均匀，超声；随后加入到反应釜中，在180～200℃下进行微波水热反应1～3h，冷却、洗涤干燥后在氮气气氛中煅烧，得到多孔CoTiO3微米棒/rGO复合气敏材料。2.根据权利要求1所述的一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中氧化石墨烯的N-甲基吡咯烷酮溶液的浓度为1～2mg/mL。3.根据权利要求1所述的一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中分散是通过在超声功率为80～100W下，超声3～5h实现的。4.根据权利要求1所述的一种具有六棱柱型的多孔钛酸钴微米棒与rGO复合气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中浅粉色溶液中Co2+浓度为0.0001～0.0002mol/mL，Co(CH3COO)2·4H2O与Ti(OC4H9)4的摩尔比为(0.008～0.012)mol：(0.008～...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢靖，贾娜，谢雷，赵振宇，王林博，梁晨，牟妍蓉，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61