本发明专利技术涉及一种锡掺杂的光催化甲醛传感材料及其制备方法和甲醛传感器。该光催化甲醛传感材料包含氧化锌纳米颗粒及锡添加剂。制备该材料时，首先将预先合成的氧化锌纳米颗粒均匀分散在锡盐溶液中，得到溶液A；然后搅拌溶液A并蒸干溶剂，得到沉淀物B；然后对沉淀物B进行高温煅烧处理，得到产物C，即为光催化甲醛传感材料。所述锡盐优选为硫酸亚锡。本发明专利技术提供了一种低成本、高灵敏度、高选择性的光催化甲醛传感材料，能够将甲醛的检测下限降到0.1ppm，并且提高了材料对乙醇的选择性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于甲醛气体监测技术、甲醛传感器
，具体涉及一种锡掺杂的光 催化甲醛传感材料及其制备方法和甲醛传感器。
技术介绍
长期接触超过安全浓度限制的甲醛气体对人体健康非常有害，这可能会引起眼睛 和喉咙的灼烧感，呼吸困难甚至会引起致命的疾病，例如鼻癌，骨髓性白血病等。目前在中 国甲醛污染仍然非常严重，近70%新装修的房子都受到甲醛污染的困扰，因此在中国最令 人担心的室内污染气体就是甲醛。 对于空气质量产品，传感器的技术是非常重要的，这是因为如果消费者不确定空 气质量产品的真实作用，那么他们就会对相关产品产生怀疑。目前商业化的传感器主要是 基于电化学类型传感器，这类传感器由于用到铂金电极而变得非常昂贵，此外这类传感器 的精确度、稳定性以及选择性都不尽如人意。 和电化学传感器相比，半导体传感器有其特殊的优势，包括成本低、寿命长等，并 且具有巨大的提升空间。目前的商用传感器都需要在200°C以上工作，而在此温度上几乎所 有的有机污染物都可以反应和探测，所以这类传感器的选择性非常差。为了提高对气体的 选择性，部分科研工作者也做出除了室温下工作的光催化半导体甲醛传感器，不过对于应 用而言这些传感器的检测下限（大于Ippm)仍然非常高。表1列举了一些现有的传感材料 的以及其存在的问题。 表1.现有的传感材料 专利申请CN2007153341(甲醛空气传感材料及甲醛空气传感设备制备方法）涉及 到甲醛气体传感材料及其制备方法，还包括甲醛气体传感器件的制作方法。该传感材料是 由SnO2-TiO2二元纳米粉末组成，Ti/Sn的摩尔比为0. 2-0. 5,并掺入2% -5 %的镉，将材料 与无水乙醇和聚乙二醇共同研磨至糊状，而后将其均匀的涂到电极管上，将电极管在400°C 退火2-4小时后通过焊接、老化、密封即可得到甲醛气体传感器。该传感器操作温度低、对 甲醛的灵敏度高并且对于苯、甲苯、二甲苯、氨等室内污染气体具有很强的抗干扰能力，并 且具有很短的响应时间和回复时间的特点。该传感器主要用于探测室内装修产生的甲醛气 体。但该传感器的工作温度为260-300°C，在该温度下几乎所有的室内有机污染物都可以在 传感材料表面被氧化，所以材料的选择性不尽如人意，特别是不能很好的区分乙醇和甲醛。 此外该技术的探测下限为20ppm，这比安全浓度（0.06ppm)高出两个数量级。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种低成本、高灵敏度、高选择性的锡掺杂的光催化甲 醛传感材料，以及应用该材料的的甲醛传感器。 本专利技术采用的技术方案如下： 一种光催化甲醛传感材料，包含氧化锌纳米颗粒及锡添加剂。 进一步地，所述氧化锌纳米颗粒的粒径为20nm~50nm，进一步优选为30nm。 进一步地，所述锡添加剂为氧化锡，氧化锡占氧化锌与氧化锡总质量的0. 3%~ 5 %，进一步优选为2 %。 -种合成上述光催化甲醛传感材料的方法，其步骤包括： 1)将预先合成的氧化锌纳米颗粒均匀分散在锡盐溶液中，得到溶液A ; 2)搅拌溶液A并蒸干溶剂，得到沉淀物B ; 3)对沉淀物B进行高温煅烧处理，得到产物C，即为光催化甲醛传感材料。 进一步地，还包括步骤4):对产物C进行研磨，然后均匀分散在溶剂中形成浆料， 再将所述浆料悬涂到电极上，干燥后即得到薄膜传感材料。 进一步地，步骤1)所述锡盐优选为硫酸亚锡（SnSO4),其它还可以采用氯化锡 (SnCl 4)、草酸亚锡（SnC2O4)等，其中采用硫酸亚锡是制得的光催化甲醛传感材料的性能最 好。 进一步地，步骤2)在80_120°C下蒸干溶剂，优选在80°C下搅拌直至溶剂蒸干，而 后分别在80°C下烘干12h，在120°C下烘干2h使样品彻底干燥。 进一步地，步骤3)在400-500 °C进行所述煅烧，最佳温度为450 °C。 一种采用上述光催化甲醛传感材料的甲醛传感器，其包括： 电极，其上涂敷所述光催化甲醛传感材料； 紫外光源，用于提供紫外光以在检测时对电极区域进行照射； 测量电路，连接所述电极，用于检测紫外光照射电极区域时甲醛传感材料所产生 的光致电导变化，进而测得甲醛含量。 本专利技术提供了一种低成本、高灵敏度、高选择性的光催化甲醛传感材料。通过优化 锡在氧化锌中的掺入量，成功地将甲醛的检测下限降到了 〇. lppm，并且提高了材料对乙醇 的选择性。相比于现有技术，本专利技术大大降低了成本，提高了选择性，并显著改善了检出限。 传统的半导体传感器也有的采用氧化锌和氧化锡作为敏感材料，但是由于传统加 热式半导体传感器与本专利技术的光催化式传感器原理上具有很大的差别，因此锡元素在敏感 材料中所起到的作用也不同。在传统加热式半导体传感器中，氧化锡本身作为敏感材料， VOC(挥发性有机化合物）能够与氧化锡表面的氧气发生反应，从而导致氧化锡的电阻变 化，实现检测。而在本专利技术的光催化式传感器中，氧化锡作为氧化锌敏感材料的添加剂，而 氧化锡本身不具备光催化能力。氧化锡所产生的作用是延长氧化锌的光生载流子寿命，起 到增强氧化锌光催化能力的作用。【附图说明】 图1是本专利技术的光催化甲醛传感材料的合成方法的工艺流程图。 图2是不同锡添加剂种类样品对Ippm甲醛的响应大小的对比图。 图3是不同锡掺杂比例样品对Ippm甲醛的响应大小的对比图。 图4是不同煅烧温度下锡掺杂样品对Ippm甲醛的响应大小的对比图。 图5是锡掺杂与镉掺杂样品对Ippm甲醛响应大小以及响应时间的对比图。【具体实施方式】 为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和 附图，对本专利技术做进一步说明。 图1是本专利技术的光催化甲醛传感材料的合成方法的步骤流程图，包括如下步骤： 1)将预先合成的氧化锌纳米颗粒分散到锡盐溶液（如SnSO4+去离子水）； 2)将溶液蒸干，优选在80_120°C下将溶液蒸干，进一步优选在80°C下搅拌直至溶 剂蒸干，而后分别在80°C下烘干12h，在120°C下烘干2h使样品彻底干燥； 3)将所得沉淀物在400-500 °C (最佳煅烧温度为450 °C )下煅烧一定时间，煅烧后 原来的锡盐生成氧化锡； 4)将所得固体产物研磨成粉末并分散在乙醇溶液中形成浆料。 然后将所得的浆料悬涂到插指电极上，烘干溶剂即可得到我们所需的甲醛传感 器。 氧化锌纳米颗粒（20-50nm，最佳粒径30nm)具有较大的比表面积，这有利于甲醛 的吸附以及光电导特性。锡添加剂对甲醛探测非常重要，锡元素的添加量是本专利技术的关键 点。锡的质量比（氧化锡占氧化锌与氧化锡总质量的比例）为〇.3%-5%，最佳比例为2%。 锡添加剂的阴离子很重要，硫酸根为最佳。烧结温度非常重要，为400-500°C，最佳温度为 450°C。悬涂电极前制浆的溶剂非常重要，优选采用无水乙醇。 实施例1 :材料的合成及测试 步骤一：氧化锌纳米颗粒的合成 将10. 77g ZnSO4 · 7H20(375mmol)溶解在25mL去离子水中。将溶液逐滴加入到 50mL 100g/L(l. 36臟〇1/1)順4!10)3溶液中，在40°C水浴下搅拌lh。去掉上清液，每次用15mL 去离子水洗涤沉淀，共洗涤三次，然后将沉淀在80°C干燥12h，在120°C干燥2h。烘完后将 样品放入马弗本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光催化甲醛传感材料，其特征在于，包含氧化锌纳米颗粒及锡添加剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：常兴华，刘宇，郑捷，李星国，
申请(专利权)人：北京大学，夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。