一种用于甲烷检测的NiO气敏材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，包括以下步骤：按照配比将草酸乙醇溶液缓慢滴加到Ni(NO

A NiO gas sensitive material for methane detection and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种用于甲烷检测的NiO气敏材料及其制备方法
本专利技术属于纳米材料应用
，具体涉及一种用于甲烷检测的NiO气敏材料及其制备方法。
技术介绍
甲烷(CH4)是一种简单的无色无味的有机物，同时也是家用天然气和煤矿瓦斯的主要成分。甲烷作为天然气使用，为人类的工业生产和生活需要提供了重要的能源。甲烷作为一种燃料，它广泛用于民生和工业生产中；此外，甲烷还可以用作制氢，炭黑，一氧化碳，甲烷为乙炔和甲醛的原料。但是，甲烷无色无味、易燃易爆的特性也给我们的人身安全带来了巨大的威胁。据报道当CH4浓度过高，氧气含量会大大降低，这可能导致头痛，头晕，注意力不集中和窒息。另外，甲烷作为导致气候变化的气体，所产生的温室效应比二氧化碳大25倍。更严重的是，在煤矿生产过程中，当甲烷的体积浓度达到4.9％至15.4％时，很容易发生剧烈的爆炸。因此，实现对CH4的快速实时检测变得越来越重要。在众多对甲烷检测的手段中，金属氧化物(MOS)半导体传感器由于制备方法简单、易携带、低耗能、成本低廉以及表现出优越的响应性能而受到越来越多的关注。目前为止，各种形貌结构的MOS已被开发出来并用作气体传感器材料。作为典型的p型MOS，NiO在催化剂、传感器等领域展现出了广泛的应用性。但是，由于NiO响应性低，一般形貌的NiO很少用作传感器中的敏感元材料。由于MOS的气敏性能在很大程度上取决于微观结构，因此，构筑具有新颖形态的微纳米结构已经成为提高材料性能的主要手段之一。近年来，有关通过牺牲模板法制造具有多孔的MOS结构的报道越来越多，比如利用金属有机框架(MOF)牺牲模板方法来合成多孔MOS，但是合成MOF牺牲模板的操作流程繁琐而复杂，这在一定程度上阻碍了其在多孔MOS纳米材料的快速合成中的应用；而草酸盐可以通过简单的沉淀法轻松制得，合成方法简单，没有杂质离子的引入，环境友好无污染，由于其在高温下易于分解，可以用于合成多孔MOS材料。尽管有NiO材料已有应用于检测甲烷气体的报道，但是很少有关于草酸盐作为牺牲模板法制得NiO并应用于甲烷气体检测的报道。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于甲烷检测的NiO气敏材料及其制备方法，采用简单的沉淀法轻松制得草酸镍前驱体，以草酸镍为牺牲模板制备出对甲烷气体灵敏度高的NiO多孔棒和NiO纳米颗粒气敏材料。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，所述制备方法包括以下步骤：步骤一：将Ni(NO3)2·6H2O在搅拌条件下溶解于水和乙醇的混合溶液中，得到第一溶液，搅拌条件下，按照配比将草酸乙醇溶液缓慢滴加到第一溶液中，继续搅拌，得到草酸镍前驱体溶液；步骤二：将步骤一中得到的所述草酸镍前驱体溶液，加热并搅拌，然后自然冷却至室温，通过去离子水和无水乙醇进行多次洗涤并离心分离得到沉淀，将沉淀进行干燥，得到草酸镍前驱体，即牺牲模板；步骤三：将步骤二中得到的所述牺牲模板在空气气氛下逐渐升温至一定温度进行煅烧，得到NiO气敏材料。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，所述步骤三具体为：将步骤二中得到的所述牺牲模板在空气气氛下以1～3℃/min的升温速率逐渐升温至350～380℃进行煅烧2～4h，得到NiO气敏材料；所述NiO气敏材料为NiO多孔棒气敏材料。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，所述步骤三具体为：将步骤二中得到的所述牺牲模板在空气气氛下以1～3℃/min的升温速率逐渐升温至420～500℃进行煅烧2～4h，得到NiO气敏材料；所述NiO气敏材料为NiO纳米颗粒气敏材料。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，步骤一中所述第一溶液与所述草酸乙醇溶液的体积比为3:1；优选地，所述Ni(NO3)2·6H2O在所述第一溶液中的物质的量浓度为0.033mol/L；更优选地，所述草酸乙醇溶液的物质的量浓度为0.2mol/L。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，步骤一中所述第一溶液中水和乙醇的体积比为2:1。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，步骤二中所述加热的温度为40～60℃，搅拌的时间为6～9h。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，步骤二中通过去离子水和无水乙醇进行多次洗涤的次数为四次。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，作为优选方案，步骤二中所述干燥的温度为60～80℃，所述干燥的时间为8～12h。一种用于甲烷检测的NiO气敏材料，作为优选方案，所述NiO气敏材料包括NiO多孔棒气敏材料和NiO纳米颗粒气敏材料。在如上所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料，作为优选方案，所述NiO多孔棒气敏材料和NiO纳米颗粒气敏材料均是采用上述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法所制备而成。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：本专利技术中采用草酸盐沉淀法制得草酸镍前驱体，将草酸镍前驱体作为牺牲模板，通过调整煅烧的温度，制备出了不同形貌结构的NiO多孔棒和纳米颗粒气敏材料，该制备方法简单，操作简便，无杂质粒子的引入，且对环境无污染，成本较低，便于实现工业化生产。本专利技术利用牺牲模板的特性，制备出与牺牲模板具有相同形貌特征的高纯度的纳米材料，所制备的NiO多孔棒和NiO纳米颗粒气敏材料对甲烷具有良好的敏感特性，在制造新型高效气体传感器方面具有广阔的应用前景。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术实施例1中草酸镍前驱体的热重分析图；图2为本专利技术实施例1和2中草酸镍前驱体、NiO多孔棒气敏材料和NiO纳米颗粒气敏材料的XRD谱图；其中，a和b分别为实施例1中草酸镍前驱体和NiO多孔棒气敏材料的XRD谱图；c为实施例2中的NiO纳米颗粒气敏材料的XRD谱图；图3为本专利技术实施例1和2中草酸镍前驱体、NiO多孔棒气敏材料和NiO纳米颗粒气敏材料的整体微观形貌的扫描电镜图和透射电镜照片；其中，(a)和(d)分别为实施例1和2中制得的前驱体草酸镍的扫描电镜和透射电镜照片；(b)和(e)分别为实施例1中制得的NiO多孔棒气敏材料的扫描电镜和透射电镜照片；(c)和(f)分别为实施例2中制得的NiO纳米颗粒气敏材料的扫描电镜和透射电镜照片；图4为本专利技术具体实施例1和2中制得的NiO多孔棒气敏材料和NiO纳米颗粒气敏材料在320℃时，对不同浓度甲烷气体实时响应的灵敏度曲线；图5为本专利技术具体实施例1和2中制得的NiO多孔棒气敏材料和NiO纳米颗粒气敏材料在320℃时，对不同浓度甲烷气体实时响应的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n步骤一：将Ni(NO

【技术特征摘要】
1.一种用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一：将Ni(NO3)2·6H2O在搅拌条件下溶解于水和乙醇的混合溶液中，得到第一溶液，搅拌条件下，按照配比将草酸乙醇溶液缓慢滴加到第一溶液中，继续搅拌，得到草酸镍前驱体溶液；
步骤二：将步骤一中得到的所述草酸镍前驱体溶液，加热并搅拌，然后自然冷却至室温，通过去离子水和无水乙醇进行多次洗涤并离心分离得到沉淀，将沉淀进行干燥，得到草酸镍前驱体，即牺牲模板；
步骤三：将步骤二中得到的所述牺牲模板在空气气氛下逐渐升温至一定温度进行煅烧，得到NiO气敏材料。


2.如权利要求1所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三具体为：将步骤二中得到的所述牺牲模板在空气气氛下以1～3℃/min的升温速率逐渐升温至350～380℃进行煅烧2～4h，得到NiO气敏材料；
所述NiO气敏材料为NiO多孔棒气敏材料。


3.如权利要求1所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三具体为：将步骤二中得到的所述牺牲模板在空气气氛下以1～3℃/min的升温速率逐渐升温至420～500℃进行煅烧2～4h，得到NiO气敏材料；
所述NiO气敏材料为NiO纳米颗粒气敏材料。


4.如权利要求2或3所述的用于甲烷检测的NiO气敏材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张赛赛，张波，王燕，孙广，曹建亮，张战营，孟哈日巴拉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41