Pt负载ZnO气敏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Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法，利用苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物作为软模板，将亲水性的硝酸锌与共聚物中的PEO相结合、疏水性的(1,5‑环辛二烯)二氯化铂与PS相结合，从而有效的将Pt负载在ZnO表面，制备得到了Pt负载ZnO气敏纳米材料。本发明专利技术的优点在于：该发明专利技术制备的Pt负载ZnO气敏纳米材料纯度高、结晶性好，具有较大的比表面积和较大的孔径，且内部孔道高度连通；负载的Pt纳米颗粒尺寸均一、分布均匀，显著提高了ZnO纳米材料的气敏响应。

Preparation, Products and Applications of Pt-loaded ZnO Gas Sensitive Nanomaterials

The invention discloses a preparation method of Pt-loaded zinc oxide gas-sensing nanomaterials, which uses styrene ethylene oxide block copolymer as soft template, combines hydrophilic zinc nitrate with PEO in the copolymer, hydrophobic platinum dichloride (1,5 -cyclooctadiene) with PS, thus effectively loads Pt on the surface of zinc oxide to prepare Pt-loaded zinc oxide gas-sensing nanomaterials. The invention has the advantages of high purity, good crystallinity, large specific surface area, large pore diameter and high connectivity of internal channels; uniform size and uniform distribution of the loaded PT nanoparticles, which significantly improves the gas sensitive response of the ZnO nanomaterials.

【技术实现步骤摘要】
Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及一种金属氧化物纳米材料的制备领域，尤其是Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
氧化锌(ZnO)是一种宽禁带(3.37eV)的多功能n型的无机半导体材料，室温激发带隙相当高(60meV)，通常具有六方纤锌矿晶体结构，容易产生缺陷和进行杂质掺杂。ZnO的电阻率会随表面吸附气体种类和浓度的不同而发生变化，这种性质可以用来检测气体的成分和浓度。ZnO对氧化性气体、还原性气体(如H2S、H2等)、有毒气体(如NH3等)都具有一定的敏感性能。但是，单一ZnO作为气体传感器灵敏度和选择性仍不能满足很多探测环境的要求，需要进一步改善。贵金属元素(如Au、Pd、Pt和Ag)在气敏反应过程中作为催化剂能够提供表面活性点，并优先吸附某种或某类目标气体分子，从而有效提高响应值和选择性，因此负载贵金属是提高半导体气敏传感器响应性能的重要方法。而以往负载贵金属的方法步骤较多，难以控制材料的孔径以及孔通道，且负载的贵金属纳米颗粒易团聚。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的Pt负载ZnO气敏纳米材料的产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法，其特征在于，利用苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物作为软模板，利用亲水性的硝酸锌与共聚物中的PEO相结合，疏水性的(1,5-环辛二烯)二氯化铂与PS相结合，有效的将Pt负载在ZnO表面，包括如下步骤：(1)将苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于四氢呋喃(THF)中并搅拌0.5h，得到溶液A；(2)将六水合硝酸锌溶于乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中并搅拌0.5h，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，搅拌10min以后加入(1,5-环辛二烯)二氯化铂(Pt(cod)Cl2)并搅拌10min；(4)将(3)所得溶液转移至培养皿中，在25℃下蒸发24h(湿度<30%)，再在40℃下加热24h去除溶剂，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，将其于氮气氛下热处理，以1℃/min升温至350℃并保持3h，再以5℃/min升温至500℃并保持1h，最后在空气中进行热处理，以5℃/min升温至500℃并保持30min，即可得到Pt负载ZnO气敏纳米材料。本专利技术利用两性聚合物作为软模板，合成了Pt负载ZnO气敏纳米材料，有效的控制了材料的孔径及比表面积，且防止了Pt纳米颗粒的团聚，提供了一种高效的气敏传感器材料的合成方法。其中，步骤(1)所述PS-b-PEO中，PS的聚合度为180，PEO的聚合度为114，PS-b-PEO的Mw为24000，PDI=1.15。步骤(1)所述PS-b-PEO的质量为0.8~1.2g。步骤(1)所述四氢呋喃的质量为4~6g。步骤(2)所述六水合硝酸锌的质量为0.3~0.5g。步骤(2)所述乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中乙醇：乙酰丙酮体积比=2：1。步骤(2)所述乙醇和乙酰丙酮的混合溶液的质量为1~1.5g。步骤(3)所述(1,5-环辛二烯)二氯化铂为0.001~0.003g。本专利技术提供一种Pt负载ZnO气敏纳米材料，根据上述任一所述方法制备得到。本专利技术提供一种Pt负载ZnO气敏纳米材料在气敏传感器中的应用。本专利技术的优点在于：该专利技术制备的Pt负载ZnO气敏纳米材料纯度高，结晶性好，具有较大的比表面积和较大的孔径，且内部孔道高度连通；负载的Pt纳米颗粒尺寸均一，分布均匀，显著的提高了ZnO纳米材料的气敏响应。附图说明图1为本专利技术的Pt掺杂ZnO气敏纳米材料在200℃对CO气体的动态响应曲线，其中，图1a是Pt掺杂ZnO气敏纳米材料对不同浓度CO气体响应的电压变化；图1b是Pt掺杂ZnO气敏纳米材料对不同浓度CO气体的响应值，其最低响应限达到1ppm，100ppm下对CO响应值达到32。具体实施方式实施例1(1)将1g苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于6g四氢呋喃(THF)中并搅拌0.5h，得到溶液A；(2)将0.3g六水合硝酸锌溶于1.2g乙醇和乙酰丙酮的混合溶液(2:1体积比)中并搅拌0.5h，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，搅拌10min以后加入0.003g(1,5-环辛二烯)二氯化铂(Pt(cod)Cl2)并搅拌10min；(4)将(3)所得溶液转移至培养皿中，在25℃下蒸发24h(湿度<30%)，再在40℃下加热24h去除溶剂，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，将其于氮气氛下热处理(以1℃/min升温至350℃并保持3h，再以5℃/min升温至500℃并保持1h)，最后在空气中进行热处理(以5℃/min升温至500℃并保持30min)，得到Pt负载ZnO气敏纳米材料。图1为本专利技术的Pt负载ZnO气敏纳米材料对CO气体的动态响应曲线，其中，图1a是Pt掺杂ZnO气敏纳米材料对不同浓度CO气体响应的电压变化，图1b是Pt掺杂ZnO气敏纳米材料对不同浓度CO气体的响应值。实施例2(1)将0.5g苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于5g四氢呋喃(THF)中并搅拌0.5h，得到溶液A；(2)将0.4g六水合硝酸锌溶于1g乙醇和乙酰丙酮的混合溶液(2:1体积比)中并搅拌0.5h，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，搅拌10min以后加入0.002g(1,5-环辛二烯)二氯化铂(Pt(cod)Cl2)并搅拌10min；(4)将(3)所得溶液转移至培养皿中，在25℃下蒸发24h(湿度<30%)，再在40℃下加热24h去除溶剂，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，将其于氮气氛下热处理(以1℃/min升温至350℃并保持3h，再以5℃/min升温至500℃并保持1h)，最后在空气中进行热处理(以5℃/min升温至500℃并保持30min)，得到Pt负载ZnO气敏纳米材料。实施例3(1)将0.8g苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于4g四氢呋喃(THF)中并搅拌0.5h，得到溶液A；(2)将0.4g六水合硝酸锌溶于1.5g乙醇和乙酰丙酮的混合溶液(2:1体积比)中并搅拌0.5h，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，搅拌10min以后加入0.001g(1,5-环辛二烯)二氯化铂(Pt(cod)Cl2)并搅拌10min；(4)将(3)所得溶液转移至培养皿中，在25℃下蒸发24h(湿度<30%)，再在40℃下加热24h去除溶剂，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，将其于氮气氛下热处理(以1℃/min升温至350℃并保持3h，再以5℃/min升温至500℃并保持1h)，最后在空气中进行热处理(以5℃/min升温至500℃并保持30min)，得到Pt负载ZnO气敏纳米材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法，其特征在于，利用苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物作为软模板，将亲水性的硝酸锌与共聚物中的PEO相结合、疏水性的(1,5‑环辛二烯)二氯化铂与PS相结合，从而将Pt负载在ZnO表面，包括如下步骤：(1)将苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物(PS‑b‑PEO)溶于四氢呋喃(THF)中并搅拌0.5 h，得到溶液A；(2)将六水合硝酸锌溶于乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中并搅拌0.5h，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，搅拌10 min以后加入(1,5‑环辛二烯)二氯化铂(Pt(cod)Cl2)并搅拌10min；(4)将(3)所得溶液转移至培养皿中，在25℃下蒸发24h(湿度

【技术特征摘要】
1.一种Pt负载ZnO气敏纳米材料的制备方法，其特征在于，利用苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物作为软模板，将亲水性的硝酸锌与共聚物中的PEO相结合、疏水性的(1,5-环辛二烯)二氯化铂与PS相结合，从而将Pt负载在ZnO表面，包括如下步骤：(1)将苯乙烯环氧乙烷嵌段共聚物(PS-b-PEO)溶于四氢呋喃(THF)中并搅拌0.5h，得到溶液A；(2)将六水合硝酸锌溶于乙醇和乙酰丙酮的混合溶液中并搅拌0.5h，得到溶液B；(3)将溶液A与溶液B混合，搅拌10min以后加入(1,5-环辛二烯)二氯化铂(Pt(cod)Cl2)并搅拌10min；(4)将(3)所得溶液转移至培养皿中，在25℃下蒸发24h(湿度<30%)，再在40℃下加热24h去除溶剂，最后在100℃下烘干24h；(5)在(4)中所得薄膜易碎裂成粉末，将其在氮气氛下热处理，以1℃/min升温至350℃并保持3h，再以5℃/min升温至500℃并保持1h，最后在空气中进行热处理，以5℃/min升温至500℃并保持30min，即可得到Pt负载ZnO气敏纳米材料。2.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，葛美英，孙健武，卢静，尹桂林，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