用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法及其产品和应用，该方法利用水热法合成NiO纳米材料，然后在有机溶剂中，将无水SnCl4吸附在NiO纳米材料表面，为防止SnCl4水解，在有机溶剂中加入1~2滴硝酸，在零度与NiO粉末预混，然后将溶液置于‑18℃，通过低温预处理，可以使体系中拥有大量的空位，然后在450~550℃高温焙烧，得到Sn单原子修饰的NiO纳米材料。该方法的优点在于制备工艺简单，制备成本低，且性能稳定，可极大的提升p型半导体的气体灵敏度，具有广阔的应用前景。

Preparation of Sn single atom modified NiO nanomaterials for formaldehyde sensors and their products and Applications

The invention discloses a method for formaldehyde sensor Sn single atom modified NiO nano material preparation method and its product and application, the method of synthesis of NiO nano materials by hydrothermal method, and then in the organic solvent, anhydrous SnCl4 adsorbed on the surface of NiO nano materials, in order to prevent the hydrolysis of SnCl4, adding 1~2 drops of nitric acid in organic the solvent, at zero and NiO powder pre mixed solution is then placed in 18 DEG C, by low-temperature pretreatment, can make the system have a number of vacancies, and then in the 450~550 high temperature calcination, Sn single atom modified NiO nano materials. The advantage of this method is that the preparation process is simple, the preparation cost is low, and the performance is stable. It can greatly enhance the gas sensitivity of P semiconductor and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及气敏传感器
，特别是涉及一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法及其产品和应用，具体是指一种单原子修饰提升p型半导体纳米材料气敏性能的方法。
技术介绍
金属氧化物如NiO、SnO2、ZnO等由于具有性能优异、环境友善、资源丰富、价格低廉等优点，是研究较为广泛的气敏材料。其中NiO作用重要的p型半导体，在气体传感器领域有非常重要的潜在应用价值，但是相对n型半导体，p型半导体普遍存在灵敏度差、响应时间长的问题，通过金属氧化物表面修饰、掺杂等工艺可提升材料的气敏性能。决定半导体气敏材料灵敏度的关键因素包括：比表面积，通过化学法构建纳米材料，使材料具有较大的比表面积可以增加材料与目标气体的接触，进而提升材料的灵敏度；空位/缺陷调控，通过控制体系氧空位，可以提升目标气体与敏感材料的反应活性，可以提升材料的灵敏度。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术目的在于：提供一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法，不但制备工艺简单，制备成本低，且可提高NiO纳米材料的气敏性能。本专利技术再一目的在于：提供上述方法制备的产品。本专利技术又一目的在于：提供上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取0.5~1.5mmol的水溶性镍盐，溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中，去离子水和乙二醇总体体积100mL，二者比例为1:5~9，得到溶液A；步骤二：将辅助剂与20-50mL甲醇预混，辅助剂的浓度在0.05M-0.2M之间，搅拌至辅助剂完全溶解；加入一定量的碳酸氢铵，得到溶液B；步骤三：将溶液A和溶液B混合，将溶液移至30-50℃的水浴锅中，然后搅拌2-5h后，置于反应釜中，140~180℃反应10~14h，待温度降至室温，将样品离心沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤2~3次后，将样品在干燥箱中干燥，得到Ni(OH)2粉末备用；步骤四：取按体积比4:1~1:4取乙醇和乙二醇预混，二者总体积为20mL，加入1~2滴硝酸，将溶剂温度降至零度，然后加入0.1~0.2mmol的无水SnCl4，搅拌10~20min后加入0.1g的Ni(OH)2粉末，搅拌30min后，置于冰箱中，于-18℃静置24h，取出后静置3~5h后，离心，用去离子水离心清洗3~5次，干燥后置于马弗炉中，450~550℃焙烧3~6小时，得到Sn单原子修饰NiO纳米材料。本专利技术提供了一种简单的单原子修饰NiO纳米材料的方法，可大幅提高NiO纳米材料的气敏性能，且制备工艺简单，制备的成本低，对进一步推进半导体气敏器件的发展具有实际应用价值。在上述方案基础上，步骤一中所说的水溶性镍盐为Ni(NO3)2·6H2O、NiCl2中的一种或二者组合。步骤二所说的碳酸氢铵与镍盐的摩尔比为3~6:1。步骤二所说的辅助剂为1-甲基咪唑，2-甲基咪唑，1,2-甲基咪唑中的一种或任意组合。本专利技术提供一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料，根据上述任一所述方法制备得到。本专利技术还提供一种Sn单原子修饰NiO纳米材料用于甲醛传感器的应用。一种简单可行的Sn单原子修饰NiO纳米材料的方法，该方法利用通过低温下将Sn前驱体与NiO复合，然后高温焙烧，获得通过原子比例、预混调节、高温焙烧等手段实现Sn单原子修饰NiO纳米材料，测试结果表明该方法可以提升NiO纳米材料的灵敏度。该方法的优点在于制备工艺简单，制备成本低，且性能稳定，可极大的提升p型半导体的气体灵敏度，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术的Sn修饰NiO纳米材料的SEM图；图2为本专利技术的Sn修饰NiO纳米材料与直接制备的NiO的灵敏度对比图。具体实施方式实施例1取0.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O，溶于13mL去离子水和87mL乙二醇的混合溶液中，得到溶液A；将4mmol的2-甲基咪唑与40mL甲醇预混，搅拌至2-甲基咪唑完全溶解；加入3.2mmol的碳酸氢铵，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合，将溶液移至50℃的水浴锅中，然后搅拌2-5h后，置于反应釜中，150℃反应12h，待温度降至室温，将样品离心沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤3次后，将样品在干燥箱中干燥，得到粉末；取10mL乙醇和10mL乙二醇预混，加入1滴硝酸，将溶剂温度降至零度，然后加入0.1mmol的无水SnCl4，搅拌10min后加入0.1g上述粉末置于马弗炉中，550℃焙烧4小时，得到NiO纳米材料。本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A型气敏元件测试系统测试对浓度为100ppm的甲醛气体的响应，工作温度为230℃，灵敏度为12.3。实施例2取0.8mmol的Ni(NO3)2·6H2O，溶于13mL去离子水和87mL乙二醇的混合溶液中，得到溶液A；将4mmol的2-甲基咪唑与40mL甲醇预混，搅拌至2-甲基咪唑完全溶解；加入3.2mmol的碳酸氢铵，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合，将溶液移至50℃的水浴锅中，然后搅拌2-5h后，置于反应釜中，150℃反应12h，待温度降至室温，将样品离心沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤3次后，将样品在干燥箱中干燥，得到NiO粉末备用；取10mL乙醇和10mL乙二醇预混，加入1滴硝酸，将溶剂温度降至零度，然后加入0.1mmol的无水SnCl4，搅拌10min后加入0.1g的NiO粉末，搅拌30min后，置于冰箱中，于-18℃静置24h，取出后静置5h后，离心，用去离子水离心清洗3次，干燥后置于马弗炉中，550℃焙烧4小时，得到Sn单原子修饰NiO纳米材料。本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A型气敏元件测试系统测试浓度为100ppm的甲醛气体的响应，工作温度为230℃，对100ppm的丙酮气体灵敏度达到为43.2。图1是本专利技术方法所得粉末样品的SEM图；图2为本专利技术的Sn修饰NiO纳米材料与直接制备的NiO的灵敏度对比图，工作温度均为230℃，由此可见，Sn单原子修饰NiO纳米材料确实可以提升NiO纳米材料的稳定性。实施例3取0.5mmol的氯化镍，溶于10mL去离子水和90mL乙二醇的混合溶液中，得到溶液A；将4mmol的1-甲基咪唑与20mL甲醇预混，搅拌至1-甲基咪唑完全溶解；加入1.5mmol的碳酸氢铵，得到溶液B；将溶液A和溶液B混合，将溶液移至30℃的水浴锅中，然后搅拌2h后，置于反应釜中，140℃反应14h，待温度降至室温，将样品离心沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤2次后，将样品在干燥箱中干燥，得到Ni(OH)2粉末备用；取16mL乙醇和4mL乙二醇预混，加入2滴硝酸，将溶剂温度降至零度，然后加入0.2mmol的无水SnCl4，搅拌20min后加入0.1g的Ni(OH)2粉末，搅拌30min后，置于冰箱中，于-18℃静置24h，取出后静置3h后，离心，用去离子水离心清洗5次，干燥后置于马弗炉中，550℃焙烧5小时，得到Sn单原子修饰NiO纳米材料。本实施例制得的粉体分散涂于六脚陶瓷管气敏测试元件上，采用WS-30A型气敏元件测试系统测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：取0.5~1.5mmol的水溶性镍盐，溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中，去离子水和乙二醇总体体积100 mL，二者比例为1:5~9，得到溶液A；步骤二：将辅助剂与20‑50mL甲醇预混，辅助剂的浓度在0.05M‑0.2M之间，搅拌至辅助剂完全溶解；加入一定量的碳酸氢铵，得到溶液B；步骤三：将溶液A和溶液B混合，将溶液移至30‑50 ℃的水浴锅中，然后搅拌2‑5 h后，置于反应釜中，140~180 ℃反应10~14h，待温度降至室温，将样品离心沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤2~3次后，将样品在干燥箱中干燥，得到Ni(OH)2粉末备用；步骤四：取按体积比4:1~1:4取乙醇和乙二醇预混，二者总体积为20mL，加入1~2滴硝酸，将溶剂温度降至零度，然后加入0.1~0.2mmol的无水SnCl4，搅拌10~20min后加入0.1g的Ni(OH)2粉末，搅拌30min后，置于冰箱中，于‑18℃静置24h，取出后静置3~5h后，离心，用去离子水离心清洗3~5次，干燥后置于马弗炉中，450~550 ℃焙烧3~6小时，得到Sn单原子修饰NiO纳米材料。...

【技术特征摘要】
1.一种用于甲醛传感器的Sn单原子修饰NiO纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：取0.5~1.5mmol的水溶性镍盐，溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中，去离子水和乙二醇总体体积100mL，二者比例为1:5~9，得到溶液A；步骤二：将辅助剂与20-50mL甲醇预混，辅助剂的浓度在0.05M-0.2M之间，搅拌至辅助剂完全溶解；加入一定量的碳酸氢铵，得到溶液B；步骤三：将溶液A和溶液B混合，将溶液移至30-50℃的水浴锅中，然后搅拌2-5h后，置于反应釜中，140~180℃反应10~14h，待温度降至室温，将样品离心沉淀，用去离子水和无水乙醇反复洗涤2~3次后，将样品在干燥箱中干燥，得到Ni(OH)2粉末备用；步骤四：取按体积比4:1~1:4取乙醇和乙二醇预混，二者总体积为20mL，加入1~2滴硝酸，将溶剂温度降至零度，然后加入0.1~0.2mmol的无水SnCl4，搅拌10~20min后加入0.1g的Ni(OH)2粉末，搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，葛美英，孙健武，尹桂林，张芳，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31