本发明专利技术公开一种介孔多晶ZnO纳米片及其制备方法与应用，属于气敏材料技术领域，该介孔多晶ZnO纳米片属于六方纤锌矿ZnO，典型形貌为纳米片，单个纳米片是多晶结构，表面分布丰富的介孔。制备过程包括将硝酸锌与等摩尔量的碳酸铵分别溶解于水中，水热反应一定时间，过滤洗涤干燥得到最终产物。该制备方法成本低廉，操作简单，合成时间短，产品纯度高，结晶性好，其目标产物在传感、催化、锂电等领域具有广阔的应用前景。基于该介孔多晶ZnO纳米片制备的旁热烧结式气敏元件，在380℃最佳工作温度下，可以对空气中的低浓度甲醛实现高灵敏度快速检测。此外，该材料还表现了优异的选择性，特别是可以避免乙醇蒸汽的干扰。
【技术实现步骤摘要】
介孔多晶ZnO纳米片及其制备方法与应用
本专利技术属于气敏材料
，具体来说涉及一种介孔多晶ZnO纳米片及其制备方法与应用。
技术介绍
甲醛是一种无色有强烈刺激性气味的挥发性气体，其毒性较高，已经被世界卫生组织确定为刺激、致敏、致癌、致突变和致畸形物质。除直接用作杀菌消毒剂外，甲醛还广泛应用于化工、制药、印染和建材等方面。近年来，由于各类装修材料的大量使用，室内甲醛含量经常超标，而且其释放期一般长达3–15年，对人体健康危害极大，已成为公认的室内第一杀手。GB/T18883-2002《室内空气质量标准》规定，居室空气中甲醛的最高容许浓度为0.10mg/m3(25℃时0.08ppm)。因此，甲醛的检测和监控具有重要的现实意义。当前，空气中甲醛的测定主要采用分光光度法(GB/T15516-1995、GB/T16129-1995)和气相色谱法(GB/T18204.26-2000)，具有设备昂贵，操作复杂，测试周期长等不足。气体传感器检测甲醛具有操作简便，在线检测，灵敏度高，响应时间短等优点，已引起研究者的广泛关注。金属氧化物半导体甲醛传感器的研究已经取得很大进展(Sens.ActuatorsB,2017,238,264-273；Sens.ActuatorsB,2017,247,798-806)，然而传感器的性能，比如灵敏度、响应-恢复时间和选择性等方面仍然有待提高。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种介孔多晶ZnO纳米片的制备方法。本专利技术的另一目的是提供一种上述制备方法所得介孔多晶ZnO纳米片，该介孔多晶ZnO纳米片能够作为气敏材料检测空气中低浓度甲醛蒸汽，并且能够根据灵敏度和甲醛蒸汽浓度的工作曲线快速准确测定空气中甲醛蒸汽的浓度。本专利技术的另一目的是提供一种上述介孔多晶ZnO纳米片作为气敏材料在检测空气中甲醛蒸汽中的应用。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。一种介孔多晶ZnO纳米片的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在磁力搅拌的条件下，将溶液A滴加到溶液B中，得到乳白色悬浊液，其中，溶液A滴加到溶液B中的滴加速率为1～2mL/min，溶液A的制备方法为将Xmol硝酸锌加入去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶液A，其中，所述溶液A中硝酸锌的浓度为0.1～2mol/L；溶液B的制备方法为将Xmol的碳酸铵加入去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶液B，其中，所述溶液B中碳酸铵的浓度为0.1～2mol/L；在所述步骤1中，将所述溶液A滴加到溶液B中后再搅拌至少5min。在所述步骤1中，所述溶液A中硝酸锌的浓度为0.8～1mol/L。在所述步骤1中，所述溶液B中碳酸铵的浓度为0.8～1mol/L。在所述步骤1中，硝酸锌与碳酸铵的摩尔比为1:1。步骤2，将步骤1所得乳白色悬浊液于150～200℃下保温12～48h，自然冷却至室温20～25℃，离心后得到白色固体，用去离子水清洗所述白色固体，干燥得到所述介孔多晶ZnO纳米片。在所述步骤2中，所述干燥的温度为60～80℃。在所述步骤2中，所述干燥的时间为12～24h。在所述步骤2中，所述去离子水清洗所述白色固体的次数为至少3次。在所述步骤2中，所述乳白色悬浊液于150～200℃下保温12～48h的具体操作为：将所述乳白色悬浊液放置于聚四氟乙烯作为内衬的水热釜后密封该水热釜，将所述水热釜在烘箱中于150～200℃下保温12～48h。在所述步骤2中，所述保温的温度为180℃。上述制备方法所得介孔多晶ZnO纳米片。在上述技术方案中，所述介孔多晶ZnO纳米片为片状结构，所述片状结构的厚度为15～30nm，宽度为30～1500nm，长度为100～1500nm。在上述技术方案中，所述介孔多晶ZnO纳米片中形成介孔，所述介孔的平均孔径为16nm。在上述技术方案中，所述介孔多晶ZnO纳米片的比表面积的平均数为40m2/g。上述介孔多晶ZnO纳米片作为气敏材料在检测空气中甲醛蒸汽的应用。在上述技术方案中，当甲醛蒸汽的浓度大于1ppm时，所述介孔多晶ZnO纳米片能够在避免乙醇蒸汽干扰的前提下检测空气中的甲醛蒸汽。在上述技术方案中，所述介孔多晶ZnO纳米片能够在含有氨气、苯、甲苯、甲烷和/或氢气的空气中检测甲醛蒸汽。在上述技术方案中，所述介孔多晶ZnO纳米片作为气敏材料检测空气中甲醛蒸汽的浓度下限为1ppm。在上述技术方案中，所述介孔多晶ZnO纳米片的工作温度为350～400℃，优选为380℃。在上述技术方案中，在380℃时，所述介孔多晶ZnO纳米片对1、10、50、100、200、400、600、800和1000ppm甲醛蒸汽的灵敏度的平均数依次分别为10.7、36.6、77.2、110.3、163.6、242.9、285.0、327.2和366.9。在上述技术方案中，在380℃时，所述介孔多晶ZnO纳米片对200ppm甲醛蒸汽的响应时间为42～49s，恢复时间为15～32s。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过水热法制备得到了介孔多晶ZnO纳米片。本专利技术的制备方法成本低廉，操作简单，合成时间短，并且得到的产品纯度高，结晶性好。基于介孔多晶ZnO纳米片组装的旁热烧结式气敏元件(Sens.ActuatorsB,2017,250,189–197)在380℃最佳工作温度下，可以对空气中的低浓度甲醛实现高灵敏快速检测。此外，介孔多晶ZnO纳米片还表现了优异的选择性，特别是可以避免乙醇蒸汽的干扰。附图说明图1为实施例1所得介孔多晶ZnO纳米片的(a)XRD花样，(b)SEM照片，(c)TEM照片，(d)SAED花样，(e)EDS谱图和(f)BET分析(图1(f)中的插图为BJH孔分布)。图2为实施例1所得介孔多晶ZnO纳米片的气敏性能：(a)对200ppm甲醛的灵敏度-温度关系，(b)在380℃时对1-1000ppm甲醛和乙醇的灵敏度-浓度关系，(c)在380℃时对1-1000ppm甲醛的双对数式灵敏度-浓度关系，(d)在380℃时对1-1000ppm甲醛的响应-恢复曲线，(e)在380℃时对1-1000ppm甲醛的响应-恢复时间(τres为响应时间，τrec为恢复时间)，以及(f)在380℃时对200ppm不同气体的选择性(气体从左至右依次为乙醇、甲醛、氨气、苯、甲苯、甲烷和氢气)。图3为实施例2所得介孔多晶ZnO纳米片的(a)XRD花样，(b)SEM照片，(c)TEM照片，(d)EDS谱图和(e)SAED花样。图4为实施例2所得介孔多晶ZnO纳米片的气敏性能：(a)在380℃时对1-1000ppm甲醛和乙醇的灵敏度-浓度关系，(b)在380℃时对200ppm甲醛的响应-恢复曲线。图5为实施例3所得介孔多晶ZnO纳米片的(a)XRD花样，(b)SEM照片，(c)TEM照片，(d)EDS谱图和(e)SAED花样。图6为实施例3所得介孔多晶ZnO纳米片的气敏性能：(a)在380℃时对1-1000ppm甲醛和乙醇的灵敏度-浓度关系，(b)在380℃时对200ppm甲醛的响应-恢复曲线。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。下述实施例所涉及的仪器如下：1.粉末X射线衍射晶相结构用BRUKERD8ADVANCE型X射线衍射仪(XRD：X-rayDiffr本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种介孔多晶ZnO纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在磁力搅拌的条件下，将溶液A滴加到溶液B中，得到乳白色悬浊液，其中，溶液A滴加到溶液B中的滴加速率为1～2mL/min，溶液A的制备方法为将X mol硝酸锌加入去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶液A，其中，所述溶液A中硝酸锌的浓度为0.1～2mol/L；溶液B的制备方法为将X mol的碳酸铵加入去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶液B，其中，所述溶液B中碳酸铵的浓度为0.1～2mol/L；步骤2，将步骤1所得乳白色悬浊液于150～200℃下保温12～48h，自然冷却至室温20～25℃，离心后得到白色固体，用去离子水清洗所述白色固体，干燥得到所述介孔多晶ZnO纳米片。
【技术特征摘要】
1.一种介孔多晶ZnO纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在磁力搅拌的条件下，将溶液A滴加到溶液B中，得到乳白色悬浊液，其中，溶液A滴加到溶液B中的滴加速率为1～2mL/min，溶液A的制备方法为将Xmol硝酸锌加入去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶液A，其中，所述溶液A中硝酸锌的浓度为0.1～2mol/L；溶液B的制备方法为将Xmol的碳酸铵加入去离子水中，磁力搅拌至完全溶解，得到溶液B，其中，所述溶液B中碳酸铵的浓度为0.1～2mol/L；步骤2，将步骤1所得乳白色悬浊液于150～200℃下保温12～48h，自然冷却至室温20～25℃，离心后得到白色固体，用去离子水清洗所述白色固体，干燥得到所述介孔多晶ZnO纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，将所述溶液A滴加到溶液B中后再搅拌至少5min；在所述步骤1中，所述溶液A中硝酸锌的浓度为0.8～1mol/L；在所述步骤1中，所述溶液B中碳酸铵的浓度为0.8～1mol/L；在所述步骤1中，硝酸锌与碳酸铵的摩尔比为1:1；在所述步骤2中，所述干燥的温度为60～80℃；在所述步骤2中，所述干燥的时间为12～24h；在所述步骤2中，所述去离子水清洗所述白色固体的次数为至少3次。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，在所述步骤2中，所述乳白色悬浊液于150～200℃下保温12～48h的具体操作为：将所述乳白色悬浊液放置于聚四氟乙烯作为内衬的水热釜后密封该水热釜，将所述水热釜在烘箱中于150～200℃下保温12～48h。4....
【专利技术属性】
技术研发人员：张乐喜，殷艳艳，邢月，李琦，王海洋，别利剑，李亚宁，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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