一种多级结构的SnO2纳米材料制造技术

本发明专利技术公开了一种多级结构的SnO2纳米材料，所述材料由纳米颗粒构成的多孔纳米片聚合组成了花状分级结构纳米材料，花状分级结构材料颗粒粒径约为2～6um，且纳米片厚约40～60nm，其制备过程包括以下步骤：将锡盐粉末、C6H5Na3O7.2H2O颗粒、尿素、乙醇和去离子水混合搅拌，制备得到前驱液；将前驱液经过水热反应、自然冷却静置后得棕色沉淀，洗涤、干燥、煅烧，既得。本发明专利技术制备过程经济、简单、形貌可控；提供了一种操作可行、过程可控的掺杂方法，以改善材料气敏性能；可作为气敏传感器中的气敏材料，其对VOCs有较高响应，有望应用于智慧社区物联网中的气体监测、智能手环、智能手机等。

A Multistage SnO_2 Nanomaterial

【技术实现步骤摘要】
一种多级结构的SnO2纳米材料
本专利技术涉及一种由纳米颗粒构成的多孔纳米片聚合组成的花状SnO2分级结构纳米材料，属于材料制备及应用领域。
技术介绍
近年来，由纳米片组成的三维分级结构材料的研究备受瞩目，这是因为三维分级材料具有较大的比表面积和特别的表面特征，使得三维分级材料具有更好的应用特性，所以探索一种环境友好、经济、简单的三维分级材料制备方法具有重要的指导意义。二氧化锡是研究与应用最多的n型金属氧化物半导体气敏材料，近年来二氧化锡的研究主要着重于各种形貌的可控制备以及制备出更小纳米尺寸的材料，不同形貌的二氧化锡有纳米球颗粒、纳米管、纳米立方体、纳米棒等；制备方法有模板法、水热法、电化学沉积法等。目前关于二氧化锡花状分级结构材料的研究较少，且一步水热法具有成本低、条件温和、适宜批量制备等特点，因此结合简单的水热反应与后续煅烧处理制备花状分级结构纳米材料，可达到经济、可控的制备目的。所以采用水热法制备出由二氧化锡纳米片组成的花状三维分级结构材料及其可控制备具有重要的意义。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种制备方法经济、简单且过程可控的花状SnO2分级结构纳米材料及其制备方法，并将该气敏材料用于VOCs气体检测。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多级结构的SnO2纳米材料，所述多级结构的SnO2纳米材料是由SnO2纳米颗粒构成的多孔纳米片聚合而成，花状颗粒粒径约为2～6um，组成花状颗粒的纳米片厚约40～60nm。一种多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，包含如下步骤：(1)将锡盐粉末、C6H5Na3O7.2H2O颗粒、尿素、乙醇和去离子水按照0.966～1.181g：2.647～3.235g：0.3g～0.4g：20ml～30ml：20ml～30ml混合搅拌，制备得到前驱液；(2)将步骤(1)所得前驱液经过水热反应、自然冷却静置后得棕色沉淀，将棕色沉淀用去离子水和乙醇交叉离心洗3次，然后将洗涤后的棕色沉淀干燥、煅烧，得灰白色花状SnO2分级结构纳米材料。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中乙醇和去离子水的体积比为1:1。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中使用锡盐为硫酸亚锡。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中搅拌时，搅拌温度为25℃～45℃，搅拌时间为1.5h～2h。作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)中水热反应温度为175～185℃，反应时间为22～26h。作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)中干燥温度为60℃～100℃，煅烧为500℃～600℃条件下煅烧2～3h。作为上述技术方案的改进，将步骤(2)所得的花状SnO2分级结构纳米材料进行掺杂改性，掺杂前驱体为Pd、Ni、Cu、W、Ce、Fe、Zn、Rh、Ag、La、Mn、Co中的一种；掺杂前驱体与花状SnO2分级结构敏感材料摩尔百分比为0.5～5％作为上述技术方案的改进，所述掺杂采用共沉淀法进行掺杂，其步骤包括：1)将所述花状SnO2分级结构纳米材料粉末均匀分散于去离子水中，所述花状SnO2分级结构纳米材料粉末与去离子水的比例为0.1～0.3g：40～60ml，得到分散溶液a；2)在搅拌或超声条件下，边逐滴加入前驱体于分散溶液a中，持续搅拌或超声15～45min，得到混合溶液b；3)滴加氨水、氢氧化钠、或氢氧化钾等中的一种于混合溶液b中，调节混合溶液pH为9～11，之后持续超声或搅拌2～6h，得到混合液C；4)最后将混合液C水醇洗离心得到掺杂沉淀，将沉淀干燥或干燥煅烧即得到一种掺杂的花状SnO2分级结构纳米材料。一种如前所述的任意多级结构的SnO2纳米材料的应用，所述花状SnO2分级结构纳米材料可制作气敏元件用于VOCs的检测，所述气敏元件的制备包括以下步骤：(3)将花状SnO2纳米材料粉末、丙三醇、乙二醇与水按照0.018～0.036g：0.342～0.684g：0.18～0.36g：0.06～0.12g的比例混合研磨1～2h，得到敏感浆料；(4)将该敏感浆料涂覆于叉指电极片、MEMS微热盘与电极陶瓷管上面；(3)将涂覆好材料的气敏元件于80～120℃下烘干，之后再于400℃～600℃高温下退火处理1～3h，最终制得平板式气敏元件、微热盘式气敏元件或旁热式气敏元件。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术提供了一种经济、简单、适于批量生产且环境友好的花状SnO2分级结构纳米材料的可控制备方法；(2)利用本专利技术提供的制备方法制得的花状SnO2分级结构纳米材料可作为气体传感器的气敏材料，且其对VOCs有较好的气敏响应，其中对乙醇具有较佳的响应灵敏度与选择性；(3)本专利技术提供了一种可行且过程可控的掺杂方法，可用于改善花状SnO2分级结构纳米材料的稳定性、选择性、降低工作温度等方面。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1(a)是实施例1中500℃煅烧后放大8000倍后的样品形貌的SEM图；图1(b)是实施例1中500℃煅烧后放大30000倍后的样品形貌的SEM图；图2(a)是实施例2中600℃煅烧后放大6000倍后的样品形貌的SEM图；图2(b)是实施例2中600℃煅烧后放大30000倍后的样品形貌的SEM图；图3是实施例2中600℃煅烧样品的XRD图；图4是实施例1中500℃煅烧后未掺杂SnO2样品与掺杂1％Pb/SnO2样品在50ppm乙醇时工作温度与灵敏度曲线图；图5是实施例1中500℃煅烧后样品掺1％Pb后在300℃时的气敏选择性图；图6是实施例1中500℃煅烧后样品掺1％Pb后在300℃时的乙醇浓度-灵敏度曲线图。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。实施例1(1)用天平分别称取1.074gSnSO4粉末，2.941gC6H5Na3O7.2H2O颗粒与0.3g尿素于100ml烧杯中；用量筒量取20ml去离子水与20ml无水乙醇于烧杯中；之后将烧杯置于25℃恒温下磁力搅拌2h，制得前驱液；(2)将制备的前驱液转入100ml水热釜中，于恒温箱中180℃反应24h，待水热釜自然冷却后，将制得的沉淀用去离子水和无水乙醇交叉离心洗三遍，之后将沉淀于80℃烘箱中干燥；最后将干燥的样品于马弗炉中500℃煅烧2h，最终制得花状二氧化锡分级结构纳米颗粒；图1(a)是实施例1中500℃煅烧后放大8000倍后的样品形貌的SEM图；图1(b)是实施例1中500℃煅烧后放大30000倍后的样品形貌的SEM图，由图可以看出制备的样品形貌由带微孔的纳米片聚合组成的花状SnO2分级结构纳米颗粒，花状颗粒粒径约为2um，片厚约50-60nm。将上述实施例制备的产物进行1％的Pd掺杂，具体步骤为：1)、称取0.15g花状Sn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级结构的SnO2纳米材料，其特征在于：所述多级结构的SnO2纳米材料是由SnO2纳米颗粒构成的多孔纳米片聚合而成，花状颗粒粒径约为2～6um，组成花状颗粒的纳米片厚约40～60nm。

【技术特征摘要】
1.一种多级结构的SnO2纳米材料，其特征在于：所述多级结构的SnO2纳米材料是由SnO2纳米颗粒构成的多孔纳米片聚合而成，花状颗粒粒径约为2～6um，组成花状颗粒的纳米片厚约40～60nm。2.一种多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)将锡盐粉末、C6H5Na3O7.2H2O颗粒、尿素、乙醇和去离子水按照0.966～1.181g：2.647～3.235g：0.3g～0.4g：20ml～30ml：20ml～30ml混合搅拌，制备得到前驱液；(2)将步骤(1)所得前驱液经过水热反应、自然冷却静置后得棕色沉淀，将棕色沉淀用去离子水和乙醇交叉离心洗3次，然后将洗涤后的棕色沉淀干燥、煅烧，得灰白色花状SnO2分级结构纳米材料。3.如权利要求2所述的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中乙醇和去离子水的体积比为1:1。4.如权利要求2所述的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中使用锡盐为硫酸亚锡。5.如权利要求2所述的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中搅拌时，搅拌温度为25℃～45℃，搅拌时间为1.5h～2h。6.如权利要求2所述的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中水热反应温度为175～185℃，反应时间为22～26h。7.如权利要求2所述的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中干燥温度为60℃～100℃，煅烧为500℃～600℃条件下煅烧2～3h。8.如权利要求2-7所述的多级结构的SnO2纳米材料的制备方法，其特征在于：将步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘善堂，郑力，毕文杰，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42