一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法。该制备方法具体包括：以四水合三氯化铟和1，4‑丁二胺为原料，以柠檬酸为表面活性剂，经水热反应、煅烧处理，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟微球。本方法生产工艺简单，使用廉价的表面活性剂，生产成本较低。所得氧化铟作为气敏材料，对甲醛气体具有良好的气敏性能，可应用于室内甲醛气体检测，大气环境监测以及食品安全等领域。

Preparation method of hollow structured indium oxide composed of nano particles

The invention provides a method for preparing a hollow hierarchical structure of indium oxide composed of nanometer particles. The preparation method comprises the following steps of: three to four hydrated indium chloride and 1, 4, two butyl amine as raw materials, using citric acid as surfactant by hydrothermal reaction, calcined with hollow microspheres with a hierarchical structure of indium oxide. The method has the advantages of simple production process, cheap surfactant and low production cost. The indium oxide as gas sensing materials, has good gas sensing properties to formaldehyde, which can be applied to the indoor formaldehyde gas detection, environmental monitoring, food safety and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法
本专利技术涉及一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法，属于先进纳米功能材料制备工艺

技术介绍
在人类的日常生活工作环境所以及野外环境中有各种气体,其中有许多种气体是对人体有害或对环境有污染的。例如甲醛就是一种对人体有害的气体,但甲醛作为一种重要的化工原料,在工业生产中仍发挥着巨大的作用,很难找到合适的替代品。因此,对这些气体进行选择性检测,进而对其实施实时监控迫在眉睫。而基于半导体金属氧化物气体传感器具有低功耗，价格低廉以及响应迅速等优点，是目前研究较多的一类气体传感器。但这类金属氧化物半导体气敏材料普遍存在着选择性不好等缺点,其气敏机理大多属于表面控制型,即气敏性能与表面积有较大的关系。近年来，尽管有关In2O3气敏传感器的研究已经取得了一定的成就，但研制高灵敏度，良好选择性，低检测限的In2O3气敏传感器仍然具有挑战性。In2O3具有较大的禁带宽度，能带间隙接近于GaN，在可见光区具有低电阻率、高灵敏度、低工作温度、低吸光率和高红外反射率等优点。影响In2O3纳米材料性能的主要因素是其结构形貌，因此当前，很多研究人员致力于控制In2O3晶体形貌生成的研究，以便以此提高其各方面的性能。近年来，欧美发达国家相继报道了在光电薄膜领域氧化铟纳米材料的应用。近年来，三维分级结构与空心结构是气敏材料研究领域的热点，同时具有分级结构和空心结构的氧化物纳米材料将具有高的表面积和规则排列的不易发生团聚的纳米孔结构，因而被认为是非常有前景的气敏材料。但是，目前合成空心结构氧化铟大多数是用模板法，如曹阳等人以蔗糖为碳源，在通过水热方法合成均匀分散的碳小球的基础上，以碳小球为硬模板，采用硬模板法，通过在空气中灼烧的方法获得氧化铟空心小球（肖凯，王小红，张可喜，刘钟馨，曹阳，空心氧化铟小球的合成及其三甲胺气敏特性的测定，ChemicalEngineer，2014，06，0012-04）。这种方法需要去除模板，操作复杂，且容易引入杂质。本专利技术利用柠檬酸作为表面活性剂，制备出了有氧化铟纳米颗粒组成的空心分级氧化铟微球，由于具有空心分级结构，因而具有较大的比表面积，可以有效地提高气敏性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法。具有成本低，生产工艺简单，产率高，无环境污染的特点。所得具有多孔结构的氧化铟气敏材料的灵敏度得到大幅提高，可用于气体传感器等领域。实现本专利技术目的的技术方案是：一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法，其特征在于：以四水合三氯化铟和1，4-丁二胺为原料，以柠檬酸为表面活性剂，经水热反应、煅烧处理，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟微球。本方法生产工艺简单，使用廉价的表面活性剂，生产成本较低。所得氧化铟作为气敏材料，对甲醛气体具有良好的气敏性能，可应用于室内甲醛气体检测，大气环境监测以及食品安全等领域。具体合成步骤如下：（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.02-0.05mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.02-0.05mol/L，柠檬酸的浓度为0.02-0.05mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:(1-2)，四水合三氯化铟与柠檬酸的摩尔比为1:(1-2)；（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180-200℃温度下，进行水热反应8-24h，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400-550℃下热处理3h，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟粉体。附图说明图1为纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的XRD图谱。图2为纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的SEM图。图3为纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的TEM图。图4为纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的N2吸-脱附图。图5为最佳工作电压下纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟气敏元件对10-500ppm的甲醛气体的灵敏度曲线图。图6为最佳工作电压下纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟气敏元件的响应恢复曲线图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例做详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.025mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.025mol/L，柠檬酸的浓度为0.025mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:1，四水合三氯化铟与柠檬酸的摩尔比为1:1；（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180℃温度下，进行水热反应8h，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500℃下热处理3h，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟粉体。实施例2（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.025mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.025mol/L，柠檬酸的浓度为0.025mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:1，四水合三氯化铟与柠檬酸的摩尔比为1:1；（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180℃温度下，进行水热反应12h，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500℃下热处理3h，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟粉体。实施例3（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.025mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.05mol/L，柠檬酸的浓度为0.05mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:2，四水合三氯化铟与柠檬酸的摩尔比为1:2；（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180℃温度下，进行水热反应12h，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60℃干燥，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在500℃下热处理3h，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟粉体。实施例4（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.025mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.025mol/L，柠檬酸的浓度为0.025mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:1，四水合三氯化铟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法，具体合成步骤如下：（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4‑丁二胺，柠檬酸溶于40 mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.02‑0.05 mol/L，1，4‑丁二胺的浓度为0.02‑0.05 mol/L，柠檬酸的浓度为0.02‑0.05 mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4‑丁二胺的摩尔比为1:(1‑2)，四水合三氯化铟与柠檬酸的摩尔比为1:(1‑2)；（2）将步骤（1）中所得混合溶液移至内衬为聚四氟乙烯的水热反应釜中，在180‑200 ℃温度下，进行水热反应8‑24 h，再将水热反应后的产物利用离心机进行固液分离，并用去离子水和乙醇对所得固体产物进行多次洗涤；（3）将步骤（2）所得固体产物放置于干燥箱中，60 ℃干燥，然后置于氧化铝坩埚放入马弗炉，在400‑550 ℃下热处理3 h，得到具有空心兼具分级结构的氧化铟粉体。

【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒组成的空心分级结构氧化铟的制备方法，具体合成步骤如下：（1）称取一定量的四水合三氯化铟、1，4-丁二胺，柠檬酸溶于40mL去离子水中，其中四水合三氯化铟的浓度为0.02-0.05mol/L，1，4-丁二胺的浓度为0.02-0.05mol/L，柠檬酸的浓度为0.02-0.05mol/L，且控制四水合三氯化铟与1，4-丁二胺的摩尔比为1:(1-2)，四水合三氯化铟与柠檬酸的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张苏，宋鹏，李嘉，王琦，杨中喜，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37