C，N-ZnO中空纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种C，N-ZnO中空纳米复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将ZnNO3·

【技术实现步骤摘要】
C，N-ZnO中空纳米复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于无机纳米材料制备
，具体来说涉及一种C，N-ZnO中空纳米复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]据报道，在鱼类和贝壳死亡后的腐烂过程中，释放出一些气态物种，例如二甲胺(DMA)、三乙胺(TEA)、甲胺(MA)和氨(NH3)，随着鱼类新鲜度的降低这些气体的浓度增加。在自然界中，二甲胺是一种无色，高度可燃和易爆的气体(在标准温度和压力条件下，空气的可燃性极限为2.8～14.4vol％)，具有强烈的类似于氨的气味。鉴于其挥发性，易燃性和毒性，暴露于二甲胺会导致对人类健康的直接和严重损害。对二甲胺气体进行检测是现代检测技术中一种十分重要的一部分。目前检测二甲胺气体常用的方法有很多，诸如气相色谱法，离子迁移谱法和液相色谱法之类的传统检测方法，但通常是费时的并且需要复杂的工作。
[0003]半导体气体金属氧化物传感器近年来发展迅速，被广泛应用于环境气体监测、空气质量控制和化学过程控制等领域，气体传感器检测方法恰好可以弥补上述检测方法的缺点与不足。气体传感器的核心是气体敏感材料，所以对气敏材料的深入研究显得尤为重要。
[0004]半导体金属氧化物气体传感器是利用气体敏感材料暴露于待测气体中时，被测量(电阻、电压等)随着待测气体种类与浓度的变化而产生变化的原理制备的，因此气体敏感材料、气敏元件结构以及气敏性能是金属氧化物气体传感器研究的重点。通过对气体敏感材料的构成及其微观形貌结构的优化设计，研究出了一系列新的气敏材料。纳米科技的兴起推动了材料合成与制备技术的快速发展，基于半导体金属氧化物的气体传感器在许多方面取得了突破性的进展，如灵敏度、工作温度、稳定性、重复性以及选择性等。据报道半导体金属氧化物气体传感器的性能增强方法主要有提高敏感材料的比表面积(降低尺寸、控制合成多空结构、3D分级结构等)和敏感材料的修饰改性(稀土掺杂、贵金属担载、碳掺杂、不同半导体金属氧化物复合等)。然而在过去的科研工作中，这些气敏性能增强方法主要重视材料的灵敏度这一指标的提升，当工作温度过高时，半导体金属氧化物的晶粒内部会发生聚集，这对气体气敏材料的可靠性、稳定性等性能产生一定影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种C，N-ZnO中空纳米复合材料的制备方法，该制备方法绿色、简便、安全并能够规模化、大批量生产C，N-ZnO中空纳米复合材料。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述制备方法获得的C，N-ZnO中空纳米复合材料，该C，N-ZnO中空纳米复合材料能够在较低的工作温度检测二甲胺气体。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0008]一种C，N-ZnO中空纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]1)将1～2质量份数的ZnNO3·
6H2O均匀分散在60～80体积份数的无水甲醇中，在磁力搅拌下搅拌至少30min，得到硝酸锌的甲醇溶液；将3～5质量份数的2-甲基咪唑与60～80体积份数的无水甲醇混合，磁力搅拌至少30min，得到混有2-甲基咪唑的甲醇溶液；
[0010]2)将混有2-甲基咪唑的甲醇溶液缓慢滴入硝酸锌的甲醇溶液中，密封，在室温20～25℃下剧烈搅拌至少24小时，离心，洗涤，干燥，得到金属有机框架ZIF-8，其中，按物质的量份数计，所述硝酸锌的甲醇溶液中ZnNO3和混有2-甲基咪唑的甲醇溶液中2-甲基咪唑的比为1：(8～10)；
[0011]在所述步骤2)中，混有2-甲基咪唑的甲醇溶液滴入硝酸锌的甲醇溶液中的速度为每秒滴入0.5～1滴，每滴液体的体积的平均数为0.05mL。
[0012]在所述步骤2)中，所述洗涤为用甲醇和去离子水交替清洗3次以上。
[0013]在所述步骤2)中，所述干燥的温度为50～80℃，干燥的时间为6～24h。
[0014]3)将所述金属有机框架ZIF-8于300～400℃的煅烧温度煅烧4～6h。
[0015]在所述步骤3)中，所述煅烧为在空气的气氛下。
[0016]在所述步骤3)中，将所述金属有机框架ZIF-8置于带盖的坩埚中进行煅烧，用于防止煅烧时候飘浮出来。
[0017]在所述步骤3)中，以8～15℃/min的速率从室温20～25℃升至煅烧温度。
[0018]在上述技术方案中，所述质量份数的单位为g，所述体积份数的单位为mL。
[0019]上述制备方法获得的C，N-ZnO中空纳米复合材料。
[0020]上述C，N-ZnO中空纳米复合材料的BET表面积高达30.93m2/g。
[0021]上述C，N-ZnO中空纳米复合材料在降低气敏材料工作温度中的应用。
[0022]在上述技术方案中，工作温度最优为160℃。
[0023]在上述技术方案中，所述C，N-ZnO中空纳米复合材料检测的气体为二甲胺气体。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0025]本专利技术提供的一种用于检测二甲胺气体的C，N-ZnO中空纳米复合材料，该C，N-ZnO中空纳米复合材料具有合适的多孔结构，较高的比表面积，且制备方法绿色、简单、安全，原料获取较简便，实用化程度较高。将C，N-ZnO中空纳米复合材料作为气敏材料时，在160℃较低的工作温度下表现出优异的气体敏感性能，与纯相ZnO相比，对二甲胺气体表现出较高的灵敏度、较短的响应-恢复时间、较高的线性度、优异的选择性、较好的重复性，在二甲胺气体检测方面展现出巨大的潜力。
附图说明
[0026]图1为实施例1～3制备所得C，N-ZnO中空纳米复合材料和对比例1制备的纯ZnO的X射线衍射图；
[0027]图2为实施例1制备所得金属有机框架ZIF-8的扫描电镜图；
[0028]图3为实施例1制备所得C，N-ZnO中空纳米复合材料的扫描电镜图；
[0029]图4为实施例2制备所得C，N-ZnO中空纳米复合材料的扫描电镜图；
[0030]图5为实施例3制备所得C，N-ZnO中空纳米复合材料的扫描电镜图；
[0031]图6为实施例3制备所得C，N-ZnO中空纳米复合材料的BET图；
[0032]图7为实施例3的C，N-ZnO中空纳米复合材料和对比实例1制备的纯ZnO在不同温度
下对200ppm二甲胺气体的响应值；
[0033]图8为实施例3的C，N-ZnO中空纳米复合材料和对比例1制备的纯ZnO的拟合直线；
[0034]图9(a)为由实施例3的C，N-ZnO中空纳米复合材料制备的气体传感器在最佳工作温度160℃下对10-600ppm浓度的二甲胺气体的响应-恢复曲线；
[0035]图9(b)为由对比例1制备的纯ZnO制备的气体传感器在最佳工作温度160℃下对10-600ppm浓度的二甲胺气体的响应-恢复曲线；
[0036]图10为由实施例3的C，N-ZnO中空纳米复合材料制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C，N-ZnO中空纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将1～2质量份数的ZnNO3·
6H2O均匀分散在60～80体积份数的无水甲醇中，在磁力搅拌下搅拌至少30min，得到硝酸锌的甲醇溶液；将3～5质量份数的2-甲基咪唑与60～80体积份数的无水甲醇混合，磁力搅拌至少30min，得到混有2-甲基咪唑的甲醇溶液；2)将混有2-甲基咪唑的甲醇溶液缓慢滴入硝酸锌的甲醇溶液中，密封，在室温20～25℃下剧烈搅拌至少24小时，离心，洗涤，干燥，得到金属有机框架ZIF-8，其中，按物质的量份数计，所述硝酸锌的甲醇溶液中ZnNO3和混有2-甲基咪唑的甲醇溶液中2-甲基咪唑的比为1：(8～10)；3)将所述金属有机框架ZIF-8于300～400℃的煅烧温度煅烧4～6h即可得到C，N-ZnO中空纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，混有2-甲基咪唑的甲醇溶液滴入硝酸锌的甲醇溶液中的速度为每秒滴入0.5～1滴，每滴液体的体积的平均数为0.05mL；在所述步骤2)中，所述洗涤为用甲醇和去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：别利剑，刘俊毅，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：