多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料及制备方法，包括以下步骤：将氯化钯溶于乙醇溶液中，制备获得前躯体溶液；称取一定量的二氧化锡纳米粉体，硼氢化钠和氯化钯溶液，依次加入到去离子水中，磁力搅拌，然后将反应物取出，抽滤，经多次洗涤后干燥处理，获得多化学态PdOx修饰SnO2前驱物材料；将所得前驱物材料置于马弗炉中，在空气气氛下煅烧，得到具有多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料。本发明专利技术不产生有毒有害物质，有利于环境保护；制得的气敏材料对H2表现出较高的灵敏度和选择性。

Polychemical PdOx Modified SnO2 Nanocomposite Gas Sensitive Materials and Their Preparation Method

The invention discloses a multi-chemical PdOx modified SnO2 nanocomposite gas-sensing material and a preparation method, which comprises the following steps: dissolving palladium chloride in ethanol solution to prepare precursor solution; weighing a certain amount of tin dioxide nano-powder, sodium borohydride and palladium chloride solution, adding them into deionized water in turn, magnetic stirring, and then extracting and filtering the reactant, after many times. Polychemical PdOx modified SnO 2 precursor material was obtained by drying after washing. The precursor material was calcined in muffle furnace under air atmosphere to obtain SnO 2 nanocomposite gas sensitive material with polychemical PdOx modified SnO 2. The invention does not produce toxic and harmful substances and is beneficial to environmental protection; the prepared gas sensitive material shows high sensitivity and selectivity to H2.

【技术实现步骤摘要】
多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料及其制备方法
本专利技术涉及气敏材料
，具体涉及一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料及其制备方法。
技术介绍
氢气作为还原性气体和载气已广泛应用于航空航天、汽车制造业、半导体生产和化学化工等领域；同时，氢气作为无污染清洁能源也引起了人们的极大关注，但氢气分子小，在生产、传输和使用过程中极易发生泄露，遇明火可能发生爆炸；且氢的存在会对金属产生损伤。目前，研究对氢气的响应敏感材料是一种实现氢气实时检测的简便方法，可以对空气和特定环境中的氢气含量进行快速、准确的原位测量。用金属氧化物制作传感器的气敏材料已经有多年历史。二氧化锡是典型的宽禁带n型半导体材料，其禁带宽为3.6eV，但由于该材料是广谱型气敏材料，对多种气体会产生响应变化，对不同气体的选择性不高；另外，二氧化锡气敏材料的吸附位与吸附分子之间的结合能大于室温下的热能，因此需要在高温下才有好的灵敏度和响应特性，以上因素制约了二氧化锡材料在气敏性能上的发展及应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的制备方法，该材料能对H2有良好的响应特性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的制备方法，是将氯化钯溶于溶剂中，制备获得前躯体溶液；称取一定量的二氧化锡纳米粉体，硼氢化钠和氯化钯溶液，依次加入到去离子水中，磁力搅拌，然后将反应物取出，抽滤，经多次洗涤后干燥处理，获得多化学态PdOx修饰SnO2前驱物材料；将所得前驱物材料置于马弗炉中，在空气气氛下煅烧，得到具有多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料；其具体步骤如下：(1)将氯化钯溶于溶剂中，得到前驱体溶液；(2)将二氧化锡纳米粉体、硼氢化钠和步骤(1)得到的前驱体溶液依次加入去离子水中，磁力搅拌使其反应完全，抽滤，多次洗涤后干燥处理，获得PdOx修饰SnO2前驱物材料；(3)将步骤(2)得到的前驱体材料放置于马弗炉中，在空气气氛下在一定温度下煅烧一段时间，得到多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料。进一步的，步骤(2)中所述二氧化锡纳米粉体、硼氢化钠、前驱体溶液的质量体积比为(250～350)mg:(15～30)mg:(8～12)mL。更进一步的，所述二氧化锡纳米粉体、硼氢化钠、前驱体溶液的质量体积比为300mg:20mg:10mL进一步的，步骤(1)所述的溶剂为乙醇或去离子水任意一种。进一步的，步骤(1)所述的前驱体溶液浓度从0.75wt％～10wt％。进一步的，步骤(2)所述的二氧化锡纳米颗粒粒度为50～70nm。进一步的，步骤(2)所述的磁力搅拌速率为350～500r/min。进一步的，步骤(2)所述的干燥是指在温度为80～100℃的烘箱中烘干。进一步的，步骤(3)中所述的设定煅烧温度为100～700℃。进一步的，步骤(3)中所述的设定煅烧时间为1～2h。进一步的，步骤(3)中的控制煅烧升温速率为2～10℃/min直至达到设定温度。本专利技术还提供了一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料，是由本专利技术提供的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的制备方法制备得到的。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术通过控制煅烧温度和煅烧时间，获得了不同化学态的PdOx，不同化学态PdOx修饰SnO2空间活性位点不同，气体的吸附与解吸附亦有所不同，通过调节不同化学态PdOx(Pd2+、Pd4+等)的比例，可提高气体响应灵敏度，增加稳定性；(2)本专利技术得的多化学态PdOx修饰SnO2材料对H2表现出较高的灵敏度和快速响应恢复，检测限低，选择性高，为H2检测提供了一种有效的敏感材料；(3)本专利技术制得的气敏材料结构及制备工艺简单，制备过程一步完成，有效提高材料制备效率，在制备过程中的各个步骤都不产生有毒有害物质，有利于环境保护。附图说明图1是实施例1制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料STEM-EDS图；图2是实施例1制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料TEM高分辨衬度条纹图；图3是实施例1制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料Pd3d5/2和O1sXPS图；图4是实施例1制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料对浓度为100ppm的H2气体的动态响应恢复曲线；图5是实施例1制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料对不同浓度H2气体的动态响应恢复曲线、线性关系及其长期稳定性；图6是实施例1制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料对100ppm的其它气体的灵敏度比较。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1将5mg氯化钯溶于100mL乙醇溶液中，制备获得PdCl2溶液；称取300mg的二氧化锡纳米粉体，20mg硼氢化钠和10mL5wt％PdOxCl2，依次加入100mL去离子水中，磁力搅拌2h，抽滤，经多次洗涤后干燥处理，获得多化学态PdOx修饰SnO2前驱物材料；将所得前驱物材料置于马弗炉中，在空气气氛下450℃煅烧，升温速率为5℃/min，保持温度2h，自然降温至室温，得到具有多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料。在80℃下，对浓度为100ppm的H2电阻响应率为250。制备得到的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料STEM-EDS图如附图1所示，由图1可以看出在SnO2表面负载了PdOx；图2是多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料位晶格条纹图，通过测量可以确定该其复合材料的晶面间距，从而进一步证明SnO2表面存在PdOx；图3为制备的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料Pd3d5/2和O1sXPS图，说明SnO2表面存在不同化学态的PdOx元素为；多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料对浓度为100ppm的H2气体的动态响应恢复曲线如附图4所示，说明该材料对H2有较好的响应特性，灵敏度达到250；图5说明了多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料对不同浓度的H2响应呈现阶梯变化，随H2浓度升高，响应变化灵敏度随之升高，线性拟合R2＝0.999；图6说明了化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料对H2具有高选择性。实施例2将0.75mg氯化钯溶于100mL乙醇溶液中，制备获得PdCl2溶液；称取300mg的二氧化锡纳米粉体，20mg硼氢化钠和10mL0.75wt％PdOxCl2，依次加入100mL去离子水中，磁力搅拌2h，抽滤，经多次洗涤后干燥处理，获得多化学态PdOx修饰SnO2前驱物材料；将所得前驱物材料置于马弗炉中，在空气气氛下120℃煅烧，升温速率为5℃/min，保持温度1h，自然降温至室温，得到具有多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料。在80℃下，对浓度为100ppm的H2电阻响应率为7.8。实施例3将5mg氯化钯溶于100mL乙醇溶液中，制备获得PdCl2溶液；称取300mg的二氧化锡纳米粉体，20mg硼氢化钠和10mL5wt％PdOxCl2，依次加入100mL去离子水中，磁力搅拌2h，抽滤，经多次洗涤后干燥处理，获得多化学态PdOx修饰SnO2前驱物材料；将所得前驱物材料置于马弗炉中，在空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氯化钯溶于溶剂中，得到前驱体溶液；(2)将二氧化锡纳米粉体、硼氢化钠和步骤(1)得到的前驱体溶液依次加入去离子水中，磁力搅拌使其反应完全，抽滤，多次洗涤后干燥处理，获得PdOx修饰SnO2前驱物材料；(3)将步骤(2)得到的前驱体材料放置于马弗炉中，在空气气氛下在一定温度下煅烧一段时间，得到多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料。

【技术特征摘要】
1.一种多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氯化钯溶于溶剂中，得到前驱体溶液；(2)将二氧化锡纳米粉体、硼氢化钠和步骤(1)得到的前驱体溶液依次加入去离子水中，磁力搅拌使其反应完全，抽滤，多次洗涤后干燥处理，获得PdOx修饰SnO2前驱物材料；(3)将步骤(2)得到的前驱体材料放置于马弗炉中，在空气气氛下在一定温度下煅烧一段时间，得到多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料。2.根据权利要求1所述的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的其制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述二氧化锡纳米粉体、硼氢化钠、前驱体溶液的质量体积比为(250～350)mg:(15～30)mg:(8～12)mL。3.根据权利要求1所述的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的其制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂为乙醇或去离子水任意一种。4.根据权利要求1所述的多化学态PdOx修饰SnO2纳米复合气敏材料的其制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的前驱体溶液浓度为0.75wt％～10wt％。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐天骄，杨希，左继，杨芳，闫凡凡，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51