一种SnO2纳米管气敏材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于气敏材料技术领域，具体涉及一种SnO2纳米管气敏材料及其制备方法与应用。本发明专利技术利用光化学反应获得金属Sn纳米棒、水浴法氧化纳米棒表面获得Sn‑SnO2核‑壳结构纳米棒以及酸刻蚀去除金属Sn获得SnO2纳米管气敏材料，用于解决现有技术中制备一维纳米气敏材料时对高温和表面活性剂的依赖与难以重复生产的问题。所述的制作方法温和、操作简单、成本低、极易大批量生产、成品率高，改善了目前一维纳米气敏材料加工过程中能耗高、原料多、步骤繁琐以及难以重复加工与批量加工方面的缺陷，从而简化了气体传感器的加工流程，有助于获得稳定、高效的气体传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种SnO2纳米管气敏材料及其制备方法与应用
本专利技术属于气敏材料
，具体涉及一种SnO2纳米管气敏材料及其制备方法与应用。
技术介绍
日常生活中，燃烧、爆炸、泄露等产生的毒性气体，如：NOx、SOx、CO、H2等弥漫在空气中，严重影响人们的健康生活。尤其是NO2，其浓度大于20ppm时就会导致中毒。针对有害气体的检测手段及方法，早已提上日程，社会对监测这方面的需求也日益增加，很多科学家已着力研发选择性高、灵敏度高的气体传感器。近年来，研究者在气敏传感器材料领域做了深入研究，尤为对半导体气敏材料颇为关注，如SnO2、ZnO、WO3、CuO、Fe2O3等，通过与被检测气体发生物理吸附及化学反应，引起半导体材料内部载流子运动，导致电阻、电流等发生相应的变化，从而达到检测毒性有害气体的目的。SnO2作为应用最广泛的气敏材料，可对H2、CO、NO2、C2H2、H2S、NH3、CH4、天然气等还原性、可燃性和有毒气体进行全面检测。SnO2纳米管优点是相比SnO2颗粒，SnO2棒，具有大的比表面积，具有高的气体敏感性能。现有制备SnO2纳米管的方法需要高温高压并需要添加表面活性剂，制备方法较为复杂和繁琐，且制备的气体传感器性质不稳定且难以重复生产。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于光化学反应制备SnO2纳米管气敏材料的方法及应用，包括在氮气保护的密闭容器中通过光照获得金属Sn纳米棒、水浴法氧化纳米棒表面获得Sn-SnO2核-壳结构纳米棒、酸刻蚀去除金属Sn获得SnO2纳米管以及将SnO2纳米管加工成气体传感器并用与气体检测。凭此，用于解决现有技术中制备一维纳米气敏材料加工过程中能耗高、原料多、步骤繁琐以及难以重复加工与批量加工方面的问题。本专利技术的技术方案为：一种SnO2纳米管气敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入硫酸溶液，超声溶解，组成前驱液；(2)往瓶内充氮气，瓶口上涂抹凡士林，盖上玻璃塞密封，制造无氧环境并隔绝空气；(3)锥形瓶置于暗处并用紫外灯照射，使其液面生成主要由金属Sn纳米棒组成的薄膜；(4)用玻璃片将锥形瓶液面上的薄膜捞起，用去离子水漂洗10-30min，然后离心洗涤3次；(5)把离心后的材料在70℃下水浴加热使Sn纳米棒转化为Sn-SnO2核-壳结构纳米棒，离心洗涤3次；(6)把步骤(5)中离心后的材料通过无机酸浸泡刻蚀去除金属锡，然后离心洗涤3次获得SnO2纳米管气敏材料。优选地，步骤(1)前驱液中硫酸亚锡和硫酸的摩尔比为(7-24)：40。优选地，步骤(3)中紫外灯为2盏功率为8W且波长为254nm的紫外灯。优选地，步骤(5)中水浴加热时间为4.5小时。优选地，步骤(6)中所述无机酸为盐酸、硫酸或者硝酸中的一种，其浓度为0.01mol/L-0.1mol/L，浸泡时间为10-60min。由上述方法制备得到SnO2纳米管气敏材料。上述SnO2纳米管气敏材料在气体传感器领域的应用，具体方法为：将SnO2纳米管气敏材料均匀涂抹到陶瓷管上，且在室温下自然晾干；把陶瓷管焊接到器件底座上，陶瓷管中间焊接电阻丝，升温检测不同气体。优选地，上述电阻丝电阻为30-50欧姆。优选地，上述检测气体时的温度为145-185℃。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的制备方法通过在光照下在气液界面形成均一的薄膜，可使其直接涂抹在陶瓷管上，得到了对乙醇有很高响应的气体传感器。所述的制作方法简单、成本低、极易大批量生产、成品率高，改善了目前一维纳米气敏材料加工过程中能耗高、原料多、多步操作、稳定性、重复加工及批量加工方面的缺陷，从而简化了气体传感器的加工流程，有助于获得稳定、高效的气体传感器。附图说明附图1为SnO2薄膜水浴氧化前和水浴氧化后X射线衍射图对比图；附图2为SnO2薄膜酸刻蚀前扫描电镜图；附图3为SnO2薄膜酸刻蚀后扫描电镜图；附图4为不同酸浓度和刻蚀时间制备的SnO2纳米管气敏材料的乙醇响应性能对比图；附图5为不同光照时间制备的SnO2纳米管气敏材料的乙醇响应性能对比图；附图6为不同温度下SnO2纳米管气敏材料对乙醇响应恢复性能对比图；具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。实施例1将1.55g硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入100mL质量浓度为2％的硫酸溶液，60Hz下超声，使其充分溶解；往瓶内充氮气，造成无氧环境，在瓶口上涂抹凡士林，以起到隔绝空气的作用；把锥形瓶放到暗处，用2盏8w,254nm的紫外灯架到锥形瓶液面上；光照12小时后，用干净的玻璃片将锥形瓶液面上的膜捞起，将膜转移到去离子水表面，漂洗15min，倒入离心管离心洗涤3次，取离心后的沉淀即得到气敏材料。实施例2将1.55g硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入100mL质量浓度为2％的硫酸溶液，60Hz下超声，使其充分溶解；往瓶内充氮气，造成无氧环境，瓶口上涂抹凡士林，以起到隔绝空气的作用；把锥形瓶放到暗处，用2盏8w,254nm紫外灯架到锥形瓶液面上；光照12小时后，用干净的玻璃片将锥形瓶液面上的膜捞起，将膜转移到去离子水表面，漂洗15min，倒入离心管离心洗涤3次；把离心好的材料在70℃下水浴加热1小时，离心洗涤3次，取离心后的沉淀即得到气敏材料。实施例3将1.55g硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入100mL质量浓度为2％的硫酸溶液，60Hz下超声，使其充分溶解；往瓶内充氮气，造成无氧环境，瓶口上涂抹凡士林，以起到隔绝空气的作用；把锥形瓶放到暗处，用2盏8w,254nm紫外灯架到锥形瓶液面上；光照12小时后，用干净的玻璃片将锥形瓶液面上的膜捞起，将膜转移到去离子水表面，漂洗15min，倒入离心管离心洗涤3次；把离心好的材料在70℃下水浴加热4.5小时，离心洗涤3次，取离心后的沉淀即得到气敏材料。实施例4将1.55g硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入100mL质量浓度为2％的硫酸溶液，60Hz下超声，使其充分溶解；往瓶内充氮气，造成无氧环境，瓶口上涂抹凡士林，以起到隔绝空气的作用；把锥形瓶放到暗处，用2盏8w,254nm紫外灯架到锥形瓶液面上；光照12小时后，用干净的玻璃片将锥形瓶液面上的膜捞起，将膜转移到去离子水表面，漂洗15min，倒入离心管离心洗涤3次；把离心好的材料在70℃下水浴加热4.5小时，离心洗涤3次；接下来把离心好的材料在0.1mol/L的盐酸中浸泡10min，离心洗涤3次,取离心后的沉淀即得到SnO2纳米管气敏材料。之后用干净的玻璃棒蘸取适量上述SnO2纳米管气敏材料，均匀涂抹到陶瓷管上，且在室温下自然晾干。把陶瓷管焊接到器件上，装上50欧姆的电阻丝，在气敏测试仪上测试对乙醇的响应性能。实施例5将1.55g硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入100mL质量浓度为2％的硫酸溶液，60Hz下超声，使其充分溶解；往瓶内充氮气，造成无氧环境，瓶口上涂抹凡士林，以起到隔绝空气的作用；把锥形瓶放到暗处，用2盏8w,254nm紫外灯架到锥形瓶液面上；光照12小时后，用干净的玻璃棒将锥形瓶液面上的膜捞起，将膜转移到去离子水表面，漂洗15min，倒入离心管离心洗涤3次；把离心好的材料在70℃下水浴加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SnO2纳米管气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入硫酸溶液，超声溶解，组成前驱液；(2)往瓶内充氮气，瓶口上涂抹凡士林，盖上玻璃塞，制造无氧环境并隔绝空气；(3)锥形瓶置于暗箱并用紫外灯照射，使其液面生成主要由金属Sn纳米棒组成的薄膜；(4)用玻璃片将锥形瓶液面上的薄膜捞起，用去离子水漂洗10‑30min，然后离心洗涤3次；(5)把离心后的材料在70℃下水浴加热使Sn纳米棒转化为Sn‑SnO2核‑壳结构纳米棒，离心洗涤3次；(6)把步骤(5)中离心后的材料通过无机酸浸泡刻蚀去除金属Sn，然后离心洗涤3次获得SnO2纳米管气敏材料。

【技术特征摘要】
1.一种SnO2纳米管气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硫酸亚锡加入到石英锥形瓶中，然后加入硫酸溶液，超声溶解，组成前驱液；(2)往瓶内充氮气，瓶口上涂抹凡士林，盖上玻璃塞，制造无氧环境并隔绝空气；(3)锥形瓶置于暗箱并用紫外灯照射，使其液面生成主要由金属Sn纳米棒组成的薄膜；(4)用玻璃片将锥形瓶液面上的薄膜捞起，用去离子水漂洗10-30min，然后离心洗涤3次；(5)把离心后的材料在70℃下水浴加热使Sn纳米棒转化为Sn-SnO2核-壳结构纳米棒，离心洗涤3次；(6)把步骤(5)中离心后的材料通过无机酸浸泡刻蚀去除金属Sn，然后离心洗涤3次获得SnO2纳米管气敏材料。2.根据权利要求1所述的一种SnO2纳米管气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)前驱液中硫酸亚锡和硫酸的摩尔比为(7-24)：40。3.根据权利要求1所述的一种SnO2纳米管气敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中紫外灯为2盏功率为8W且波长为254nm的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丰强，郑玉建，辛颖儿，赵咏佩，邓嘉欣，谭颖，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44